中國科大實現世界最高解析度單分子拉曼成像
■ 吳長鋒
2012年6月27日，中國大陸自主研製的「蛟龍號」完成7000公尺海試，在7000公尺深度順利進行了取樣、測繪、攝像等多項作業。標誌著中國深海載人技術達到了國際先進水準，實現了新突破和新跨越。（新華社）
中國科學技術大學的科學家們在國際上首次實現亞納米分辨的單分子光學拉曼成像，將具有化學識別能力的空間成像解析度提高到前所未有的0.5納米。
國際權威學術期刊《自然》雜誌於6月6日線上發表了這項成果。這一成果是由該校微尺度物質科學國家實驗室侯建國院士領銜的單分子科學團隊董振超研究小組完成的，博士生張瑞、張堯為論文共同第一作者。
光的頻率在散射後會發生變化，而頻率的變化情況取決於散射物質的特性，這是物理學上獲得諾貝爾獎的著名的拉曼散射。拉曼散射光中包含了豐富的分子振動結構的資訊，不同分子的拉曼光譜的譜形特徵各不相同，因此，正如通過人的指紋可以識別人的身份一樣，拉曼光譜的譜形也就成為科技工作者識別不同分子的指紋光譜。
董振超教授介紹說，拉曼光譜已經成為物理、化學、材料、生物等領域研究分子結構的重要手段。上世紀70年代以來，隨著表面增強拉曼散射技術，特別是針尖增強拉曼散射（TERS）技術的發展，光譜探測的靈敏度以及拉曼成像的解析度都有了極大提高。迄今，科學家們已將TERS測量的最佳空間成像解析度發展到幾個納米的水準，但這顯然還不適合於對單個分子進行化學識別成像。
微尺度實驗室單分子科學團隊多年來一直致力於自主研製科研裝備，發展了將高分辨掃描隧道顯微技術與高靈敏光學檢測技術融為一體的聯用系統。他們利用針尖與襯底之間形成的納腔等離激元「天線」的寬頻、局域與增強特性，通過與入射光激發和分子拉曼光子發射發生雙重共振的頻譜匹配調控，實現了亞納米分辨的單個卟啉（porphyrins） ，分子的拉曼光譜成像，使化學識別的解析度達到前所未有的0.5納米，可識別分子內部的結構和分子在表面上的吸附構型。可以說，在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，該項研究成果都有很大的用途。
董振超說，這項研究對瞭解微觀世界，特別是微觀催化反應機制、分子納米器件的微觀構造和包括DNA測序在內的高分辨生物分子成像，具有極其重要的科學意義和實用價值，也為研究單分子非線性光學和光化學過程開闢了新的途徑。（科技日報）