德克萨斯A&M大学的范达纳·苏雷什 示意图显示了创建光波导的步骤
信用:德州农工大学；m大学工程学院 随着新的传染病的出现和传播，对抗新病原体的最佳方法之一是寻找新的药物或疫苗
但是在药物被用作潜在的治疗方法之前，它们必须经过精心的成分、安全性和纯度等方面的筛选
因此，越来越需要能够快速和实时表征化合物的技术
为了满足这一尚未满足的需求，德克萨斯A&M大学的研究人员现在发明了一种新技术，这种技术可以大幅缩小拉曼光谱仪器的尺寸，拉曼光谱是一种众所周知的利用光来识别化合物分子组成的技术
“拉曼台式装置可以长达一米，这取决于所需的光谱分辨率水平，”博士说
林宝泰，电子与计算机工程系和材料科学与工程系助理教授
“我们设计了一个系统，可以用一个可以紧贴指尖的微型光子芯片取代这些笨重的台式电脑
" 此外，林说，他们的创新光子器件还能够进行高通量、实时的化学表征，尽管其尺寸很大，但其灵敏度至少是传统台式拉曼光谱系统的10倍
他们研究的描述发表在5月份的《分析化学》杂志上
拉曼光谱的基础是分子对光的散射
当被某一频率的光击中时，分子在吸收入射光束的能量后会跳舞、旋转和振动
当它们失去多余的能量时，分子会发出能量较低的光，这是它们的形状和大小的特征
这种散射光被称为拉曼光谱，包含样品中分子的指纹
氮化铝光波导将激光束传送到测试样品
散射光揭示了样品的拉曼分子指纹
信用:德州农工大学；m大学工程学院 典型的拉曼光谱工作台包含各种光学仪器，包括透镜和光栅，用于操纵光
这些“自由空间”光学元件占用大量空间，并且对于许多要求在很小的空间或难以到达的位置进行化学传感的应用来说是一个障碍
此外，台式计算机对于实时化学表征可能是禁止的
作为传统实验室台式系统的替代方案，林和他的团队转向管状导管，即波导，它可以在能量损失很小的情况下传输光
虽然许多材料可以用来制造超薄波导，但研究人员选择了一种叫做氮化铝的材料，因为它产生低拉曼背景信号，并且不太可能干扰来自感兴趣的测试样品的拉曼信号
为了制造光波导，研究人员采用了一种工业上用来在硅片上绘制电路图案的技术
首先，利用紫外光，他们将一种叫做NR9的光敏材料旋转到二氧化硅表面
接下来，通过使用离子化的气体分子，他们沿着NR9形成的图案轰击并涂覆氮化铝
最后，他们用丙酮清洗组件，留下一个直径只有几十微米的铝波导管
为了测试作为拉曼传感器的光波导，研究小组通过氮化铝波导传输激光束，并照射包含有机分子混合物的测试样品
在检查散射光后，研究人员发现，他们可以根据拉曼光谱辨别样品中的每种分子，灵敏度至少是传统拉曼台式仪器的10倍
林指出，由于他们的光波导有非常细的宽度，他们中的许多人可以加载到一个单一的光子芯片
他说，这种架构非常有利于药物开发所需的高通量、实时化学传感
“我们的光波导设计为快速、可靠、连续地监控化合物的化学成分提供了一个全新的平台
此外，利用现有的技术制造半导体器件，可以很容易地在工业规模上制造这些波导，”林说
“我们相信，这项技术不仅对制药行业有直接的好处，甚至对其他行业也有好处，比如石油，我们的传感器可以安装在地下管道上，用来监测碳氢化合物的成分
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