外场调控下的化学反应 PERS技术和拉曼光谱的应用领域

　　导读：印度科学家拉曼于1928年发现了光子被物质分子散射后能量发生变化的光散射现象，并在两年后因此贡献获得了诺贝尔物理学奖，是亚洲第一位获此殊荣的科学家。拉曼散射中光子的能量变化通常起源于分子振动能量与入射光子能量的叠加，因此拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息。由于不同分子的拉曼光谱的谱形特征各不相同，因此可作为分子识别的“指纹”光谱，就像人的指纹可以用来识别人的身份一样。现今拉曼光谱已经成为物理、化学、材料、生物等领域研究分子结构的重要手段。

　　
　　上世纪60年代激光器的出现极大地推动了拉曼光谱技术的应用，但发展高灵敏高分辨拉曼光谱技术仍然是材料科学特别是纳米尺度上的微观探索所面临的巨大挑战和追求的梦想。上世纪70年代发展起来的表面增强拉曼散射技术借助物理与化学增强手段使探测灵敏度得到了很大提高，而进一步将该技术与扫描探针显微术结合后发展起来的针尖增强拉曼散射（TERS）技术，除能极大提高光谱探测的灵敏度外，还可以同时提供高空间分辨的拉曼成像，因此人们对TERS技术探测微观世界构造的能力和前景充满了期待。的确，迄今为止科技人员经过大量努力，已经将TERS测量的最佳空间成像分辨率发展到几个纳米的水平，但这显然还不适合于对单个分子进行化学识别成像。
　　
　　超高检测灵敏度的等离激元增强拉曼光谱(PERS)特别是壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)新方法的三类仪器：便携式SHINERS仪器、微型化SHINERS仪器和针尖增强拉曼光谱(TERS)仪器。集成有高效分离技术(如微流控技术)的SHINERS仪器具有快速便捷检测各类复杂体系中痕量化学物质的优势。通过建立PERS标准图谱库、分析应用平台和应用网络，推动建立行业标准和国家标准，研发出具有高集成度和高灵敏度便携和微型化科学仪器。
　　
　　通过开展PERS技术在食品安全、环境、公共安全、细胞及生物体系、临床医学、材料科学等多个领域的应用研究，形成一系列具有自主知识产权，技术领先、种类齐全、功能丰富的系列仪器，推动可占领国内和国际相关领域市场的仪器产品的产业化。
　　
　　据介绍，通过该项目的实施，在仪器研制方面，奖集成PERS技术、预处理与微流控芯片和拉曼光谱仪器的集成检测系统。将针对三类PERS仪器，组织国内在各个领域最强的研究团队全面进行PERS技术开发与工程化、复杂体系分离技术开发、相关领域的应用开发、仪器研发及相关配套条件和平台的建设等。PERS技术开发着重研究可以极大增强拉曼信号的SHINERS纳米试剂和TERS针尖的开发与制备及工程化等问题;复杂体系分离技术开发将重点结合微流控技术、微萃取和分子印迹技术等化学分离方法，开发复杂体系的样品预处理系统及装置;应用领域方法开发将根据应用体系、检测方法和检测技术的不同，研发一系列专用PERS仪器;相关配套条件方面将进行仪器相应的软件开发并建立PERS标准图谱库，开发PERS分析应用平台，构建PERS技术应用网络，参与和建立行业标准和国家标准。
　　
　　在应用方面，开展PERS仪器与技术在食品安全检测、环境保护监测、公共安全建设、细胞及生物检测、临床医学检测、表面科学等领域的应用方法研究，开发原位实时、快速灵敏、特异重现、经济简便的PERS分析方法，构建PERS标准图谱库，开发PERS分析应用平台，建立PERS技术应用网络;联合相关机构和部门，推动建立PERS应用领域的行业标准和国家标准。最终形成一系列具有自主知识产权，在国际上技术领先以及产品种类齐全、功能丰富的国产科学仪器及测试方法,并通过市场化开发，推动仪器产品的产业化和扩大检测方法市场，大力提升科技改善民生的能力。