利用單分子探測微小熱區
- 上線日期：2011/2/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家首度利用單一螢光染料分子，成功探測金屬表面熱區(hotspot)中的局部電磁場。這種單分子造影技術(single-molecule imaging)可以辦視出約15 nm的微小結構，且解析度小於2 nm，是傳統光學顯微鏡所望塵莫及的。
當特定波長的光照射到有奈米結構的金或銀表面時，其能量會被局限在稱為熱區的微小空間中，因此局部的電磁場非常強。30年前科學家就已知道這種表面電磁場增強的現象，並將之應用在表面增強拉曼散射光譜(surface enhanced Raman spectroscopy)，來觀察少數甚至是單一分子。儘管已經有成功的應用，科學家仍在努力測量熱區的大小及其增強光譜訊號的機制。
實際測量熱區會遭遇到兩個挑戰，首先是熱區的位置是隨機分佈在金屬表面，如何找到它們是件難事，其次熱區的尺寸小於光波長，因此無法以受制於繞射的傳統光學顯微鏡來量測。更複雜的造影技術如近場掃描光學顯微術(near-field scanning optical microscopy)或電子能量散失光譜(electron energy loss spectroscopy)也都受限其探針尺寸而無法探測熱區。
最近，加州大學柏克萊分校的Xiang Zhang等人利用單分子來解決這個問題。他們將粗糙的金屬薄膜或金屬奈米粒子團簇鍍在石英表面上，接著放入螢光染料溶液中，染料分子可藉由布朗運動(Brownian motion)隨機的吸附在金屬表面熱區上。以雷射光照射樣品時，分子的螢光可以將熱區突顯出來。
研人員調整染料分子濃度，確保每個熱區平均只有一個分子吸附，大幅增強後的分子螢光訊號形成亮點，量測螢光的強度便可計算出增強的程度。該團隊利用這個方法得到的單一熱區螢光增強輪廓影像只有約15 nm寬，精確度約為1~2 nm。
此技術可以用來研究光與各種奈米材料之間的交互作用，熱區也能用來提升生物感測器的靈敏度(例如在DNA定序時)，此外將光聚焦在某些元件的特定位置，可增加太陽能轉換化學能或電能的效率。目前，單分子造影或超解析螢光光譜(super-resolution fluorescence microscopy)已被應用在生物造影上，上述團隊證實此技術也可應用在其他領域。詳見Nature 469, pp. 385 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44834
譯者:院繼祖(中央研究院應用科學研究中心)
責任編輯:蔡雅芝
- 相關附件: