SERS(表面增強(qiáng)拉曼光譜)是一種利用激光和專門的傳感器間接檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)存在的方法。

金網(wǎng)為測(cè)量提供了一個(gè)理想的表面，因?yàn)樗桓蓴_被測(cè)量的物質(zhì)。

研究人員創(chuàng)造了一種特殊的超薄傳感器，由黃金紡成，可以直接貼在皮膚上，不會(huì)刺激或不適。該傳感器可以測(cè)量不同的生物標(biāo)志物或物質(zhì)來進(jìn)行體內(nèi)化學(xué)分析。它的工作原理是使用一種名為拉曼光譜的技術(shù)，即針對(duì)傳感器的激光會(huì)根據(jù)此時(shí)皮膚上存在的任何化學(xué)物質(zhì)發(fā)生輕微的變化。該傳感器可以微調(diào)到非常靈敏，并且足夠堅(jiān)固，適合實(shí)際使用。

基于有限元方法的COMSOL Multiphysics可穿戴SERS傳感器的數(shù)值模擬。

可穿戴技術(shù)并不是什么新鮮事。也許你或你認(rèn)識(shí)的人戴著智能手表。其中許多可以監(jiān)測(cè)某些健康問題，如心率，但目前它們無法測(cè)量可能有助于醫(yī)學(xué)診斷的化學(xué)特征。智能手表或更專業(yè)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀也相對(duì)笨重，而且通常相當(dāng)昂貴。由于這些不足，由東京大學(xué)化學(xué)系的研究人員組成的一個(gè)團(tuán)隊(duì)尋求一種新的方法，以無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)高效的方式感知各種健康狀況和環(huán)境問題。

“幾年前，我在東京大學(xué)的另一個(gè)研究小組中發(fā)現(xiàn)了一種制造堅(jiān)固可拉伸電子元件的迷人方法?！毖芯科陂g的訪問學(xué)者、現(xiàn)任中國(guó)揚(yáng)州大學(xué)講師Limei Liu表示，“這些設(shè)備是由鍍金的超細(xì)線制成的，因此可以毫無問題地連接到皮膚上，因?yàn)辄S金不會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生任何反應(yīng)或刺激皮膚。然而，作為傳感器，它們僅限于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，我們一直在尋找能夠感測(cè)化學(xué)特征、生物標(biāo)記和藥物的東西。因此，我們基于這一想法，創(chuàng)建了一種非侵入性傳感器，超過了我們的期望，并激勵(lì)我們探索進(jìn)一步改進(jìn)其功能的方法。"

不同放大倍數(shù)下的金納米網(wǎng)。這些纖維的厚度大約是人類頭發(fā)的150倍。來源：Goda等人。

傳感器的主要組成部分是細(xì)金網(wǎng)，因?yàn)榻鹗欠腔钚缘?，這意味著當(dāng)它接觸到團(tuán)隊(duì)希望測(cè)量的物質(zhì)時(shí)，例如汗液中存在的潛在疾病生物標(biāo)記物，它不會(huì)對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)改變。但是，由于金網(wǎng)非常精細(xì)，它可以為生物標(biāo)記物提供一個(gè)驚人的大表面，這就是傳感器的其他組件的作用。

當(dāng)?shù)凸β始す庵赶蚪鹁W(wǎng)時(shí)，一部分激光被吸收，另一部分被反射。在反射的光中，大多數(shù)具有與入射光相同的能量。然而，一些入射光會(huì)將能量損失給生物標(biāo)記物或其他可測(cè)量的物質(zhì)，反射光和入射光之間的能量差異是所討論的物質(zhì)所特有的。一種稱為光譜儀的傳感器可以利用這種獨(dú)特的能量指紋來識(shí)別物質(zhì)。這種化學(xué)鑒定方法稱為拉曼光譜法。

可穿戴SERS傳感器的潛在應(yīng)用。

助理教授Tinghui Xiao表示：“目前，我們需要對(duì)傳感器進(jìn)行微調(diào)，以檢測(cè)特定物質(zhì)，我們希望在未來進(jìn)一步提高靈敏度和特異性。有了這個(gè)，我們認(rèn)為像血糖監(jiān)測(cè)這樣的應(yīng)用是可能的，它是糖尿病患者的理想選擇，甚至是病毒檢測(cè)?！?/p>

Keisuke Goda教授說：“該傳感器還有潛力與拉曼光譜以外的其他化學(xué)分析方法合作，如電化學(xué)分析，但所有這些想法都需要更多的研究。無論如何，我希望這項(xiàng)研究能夠帶來新一代低成本生物傳感器，從而徹底改變健康監(jiān)測(cè)，減輕醫(yī)療保健的財(cái)政負(fù)擔(dān)?！?/p>

盡管非常薄，但金納米網(wǎng)傳感器非常耐用，可以拉伸和變形而不會(huì)斷裂。因此，它可以粘附在許多不同的表面，而不僅僅是人類皮膚，用于不同的傳感目的。