SERS、TERS誰能實現拉曼亞納米分辨？

　　納米尺度上的化學識別對于微觀結構的設計與功能調控至關重要，而實現相鄰不同分子的化學識別則代表著識別技術的一種極限挑戰。最近，中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室單分子科學團隊董振超研究組朝著這一極限目標又邁出了重要一步——他們繼2013年成功實現亞納米分辨的單分子拉曼光譜成像之后，又在國際上首次實現緊鄰的不同分子的拉曼光譜識別，在高空間分辨的化學識別領域再獲重要進展。

　　該成果7月27日在線發表在國際權威學術期刊《自然?納米技術》上，博士生江嵩為論文第一作者。審稿人稱贊“這是一項非常令人驚訝的前所未有的工作，它實現了分析化學領域的終極目標之一，即在分子分辨水平上實現不同分子及其化學狀態的識別。”

　　董振超介紹說，納米尺度上不同物質的化學信息識別一直是納米技術的一個重要目標。由于拉曼散射光（光的頻率在散射后會發生變化，而頻率的變化情況取決于散射物質的特性，這就是著名的“拉曼散射”）中包含了豐富的分子振動結構的信息，不同分子具有不同“指紋”特征的拉曼光譜，因此拉曼光譜技術已成為物理、化學、材料、生物等領域研究物質組成和結構的重要手段。但常規拉曼技術無法在分子水平上識別微觀物質的組成與結構，而新興的針尖增強拉曼（TERS）技術則結合了拉曼光譜技術高化學靈敏度和掃描探針顯微術高空間分辨的雙重優勢。此前，董振超小組將非線性過程融入到TERS中，在單個分子體系實現了亞納米分辨的化學識別。

　　然而，實際的微觀體系常由不同分子組成，識別相鄰的不同分子具有更為重要的實際應用價值。但TERS技術是否能夠克服相鄰不同分子的拉曼信號的干擾？相鄰分子的結構相似度及其間距到底可以達到什么樣的識別水平？這些都是亟待解決的關鍵問題。

　　針對上述挑戰，董振超小組選取了兩種結構相似的卟啉衍生物分子。研究結果表明，既便二者同屬卟啉分子家族，利用超高分辨的非線性TERS技術，仍然可以對距離在約0.3 納米的不同卟啉分子進行清晰的化學識別，所測得的拉曼光譜具有各自特征的振動“指紋”，能夠明顯區分分子的“身份”和結構。

　　董振超表示，該成果是化學識別極限能力的一個重要進展，對于任何需要在分子尺度上對材料的成分和結構進行識別的領域，都具有極其重要的科學意義和實用價值，有可能在未來的表面反應、催化、分子器件、甚至包括蛋白質測序在內的生物分子高分辨識別等研究中得到廣泛應用。