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指纹识别药物和其他化学品的技术缩小到一个微小的光子芯片

时间：2022-05-11 12:25:04 来源：

微小的光子芯片可以舒适地适合手指的尖端。

随着新型传染病出现和传播，新药的最佳镜头之一是寻找新药或疫苗。但在药物可以用作潜在的治疗之前，它们必须沉重地筛查组成，安全性和纯度等。因此，对可以快速实时表征化学化合物的技术的需求越来越大。

德克萨斯州A＆M大学的研究人员现在已经发明了一种新技术，该技术可以大大降低用于拉曼光谱的装置，一种使用光的识别化合物的分子构成的众所周知的技术。

“拉曼台式设施可以长达一长长，具体取决于所需的光谱分辨率水平，”电气计算机工程系和材料科学与工程系助理教授博士博士说。“我们设计了一个系统，可以用微小的光子芯片替换这些笨重的台阶，可以紧贴在手指尖端内。”

此外，林表示，它们的创新光子器件还能够高通量，实时化学表征，尽管其尺寸至少是传统台式拉曼光谱系统至少10倍。

他们的研究描述在可能发出的分析化学。

拉曼光谱的基础是分子散射光。当通过一定频率的光击中时，分子在从入射光束吸收能量时执行舞蹈，旋转和振动。当它们失去过量的能量时，分子发出较低能量的光，这是它们的形状和尺寸的特征。这种被称为拉曼光谱的散射光包含样品中分子的指纹。

用于拉曼光谱的典型台线包含各种各样的光学仪器，包括镜片和光栅，用于操纵光。这些“自由空间”光学组件需要大量空间，并且对于许多应用需要化学传感的应用是难以触及的空间或位置所需的许多应用的障碍。此外，Benchtops可以对实时化学表征令人满意。

示意图，示出了用于创建光波导的步骤。

作为传统实验室的Benchtop系统的替代方案，林和他的团队转向了叫做波导的管状导管，可以用极点损失的能量运输光线。虽然许多材料可用于制造超薄波导，但研究人员选择了一种称为氮化铝的材料，因为它产生低拉曼背景信号并且不太可能干扰来自感兴趣的测试样本的拉曼信号。

为了创建光波导，研究人员采用了行业使用的技术来在硅晶片上绘制电路图案。首先，使用紫外线，将闪光灯敏感，称为NR9，在二氧化硅制成的表面上。接下来，通过使用电离气体分子，它们沿着NR9形成的图案轰炸并涂覆氮化铝。最后，它们用丙酮洗涤组件，留下铝波导，即直径几十微米。

为了将光波导作为拉曼传感器测试，研究团队通过氮化铝波导输送激光束，并照射含有有机分子混合物的测试样品。在检查散射光后，研究人员发现，它们可以基于拉曼光谱辨别各种类型的分子，并且具有比传统拉曼台面多至少10倍的灵敏度。

氮化铝光波导将激光束带到测试样品。散射光显示样品的拉曼分子指纹。

Lin注意，因为它们的光波导具有非常细的宽度，其中许多可以加载到单个光子芯片上。他说，这座建筑非常有利于高吞吐量，药物开发所需的实时化学传感。

“我们的光波导设计提供了一种新颖的平台，用于快速，可靠，连续地监测化合物的化学成分。而且，这些波导可以通过利用已经现有的技术来制造半导体器件来容易地以工业规模制造，“Lin说。“这项技术，我们相信，不仅是制药行业的直接好处，甚至是其他行业，如石油，在那里我们的传感器可以沿着地下管道进行监测碳氢化合物的组成。”

参考：“苯衍生物分析使用铝氮化铝波导拉曼传感器”由Megan Makela，Paul Gordon，Dandan Tu，Cyril Soliman，GerardL.Coté，克里斯汀·米特兰和Pao Tai Lin，2020年5月27日，分析化学.DOI：
10.1021 / ACS.ANALCHEM.0C00809.

本研究的其他贡献者是梅根Makela从材料科学和工程系;和Paul Gordon，Dandan Tu，Cyril Soliman，GerardCoté博士和生物医学工程系的Kristen Maitland博士。

该研究由国家科学基金会提供资金，精确的先进技术和卫生系统，用于欠缺群体（路径）工程研究中心。

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