Tip Enhanced Raman Spectroscopy:改造分析科学

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"眼见为实 "往往是科学走廊里常用的一句话。因此,显微镜是一个宏伟的分支,它实际上为研究人员提供了以以前认为不可能的方式可视化事物的能力。尽管在解释通过显微镜获得的许多图像时涉及到一些诡辩,但科学家和普通观众总是对详细描述细胞、分子或纳米粒子的错综复杂的视觉证据感到满意。 基于电子的显微镜技术(如扫描隧道显微镜)的出现,进一步增强了研究人员对原子世界的深入研究。换句话说,这些技术甚至使人们有可能以原子分辨率观察分子。

详细描述一个复杂系统(如DNA分子)组成部分的图像的魅力是持久的,然而反过来说,样品的光谱特征对于理解在微观或纳米尺度上发生的事件至关重要。因此,光谱学和显微镜学应该齐头并进,早在1985年,科学家们就建议将扫描探针技术与拉曼或红外光谱等方法相结合,以同时获得地形和化学性质的信息。 尖端增强拉曼光谱学俗称TERS是一种结合了原子力显微镜或STM与拉曼光谱的方法。这种独特的组合使分析科学家有能力从光学、地形和化学的角度来观察表面。以前,人们认为不可能观察到一个尺寸小于光的一半的物体。这个极限通常被称为阿贝极限。然而,TERS打破了这一限制,使分子水平的分辨率成为可能,并具有化学信息的额外优势。图中显示了该机制的基本原理。


用于核酸分析的TERS装置示意图。转载自参考文献 (链接)

在TERS技术中,在入射激光的照射下,金属化针尖顶点附近产生一个纳米级的局部增强场,作为纳米级的局部激发源。它可以用来局部激发试样的光学信号,并产生拉曼散射,就在靠近针尖顶点的纳米体积内。针尖顶是TERS的关键装置,作为局部散射,它增强和散射局部蒸发场到远场,以便收集和检测。它确保了在衍射极限之外的高增强和分辨率。从本质上讲,TERS能够记录亚分子分辨率的图像,其中包含尖端探测到的每个点的光谱特征。

教授。 Volker Deckert 和同事(来自德国耶拿弗里德里希-席勒大学)使用TERS对一个RNA分子进行了测序。TERS在核酸上的应用是一个启示,因为它允许对间隔紧密的单个核碱基进行解析(见示意图)。苏黎世联邦理工学院的另一个小组由以下人员领导 雷纳托-泽诺比教授 已经广泛地表征了DNA的拉曼光谱。这些研究现在有可能导致了解DNA与蛋白质、抗癌药物等分子的相互作用。在另一个 报告我们对淀粉样蛋白β(淀粉样蛋白前体蛋白的一种分泌性蛋白质衍生物,是阿尔茨海默病发病机制中观察到的早期 "突触失败 "的一个关键因素)进行了TERS研究,从而展示了TERS在生物学未开发领域的巨大适用性。

尽管在使TERS成为常规分析技术方面存在挑战,但它在生物研究方面的前景比以往任何时候都要光明。最后,俗话说的是 "一图胜千言"似乎很适合TERS的形象,但稍作修改,""。一张TERS图像抵得上1000张装有无价化学信息的光谱".

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关于作者

Sugosh目前是鲁汶大学(比利时)的博士后研究人员。他在印度孟买的巴哈原子研究中心完成了他的博士学位。他目前的研究工作主要是通过采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜和主要是尖端增强拉曼光谱等技术对二维材料上的二维共价有机框架进行纳米观察。当他不从事研究时,他喜欢印度古典音乐和阅读。

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