中國科大提出掃描拉曼埃分辨顯微術(shù)
最近,中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授侯建國領(lǐng)銜的單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)的董振超研究組與羅毅研究組,在單分子拉曼成像領(lǐng)域取得新進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)了埃級單化學(xué)鍵分辨的分子內(nèi)各種振動模式的實(shí)空間成像,并提出了一種全新的分子化學(xué)結(jié)構(gòu)重構(gòu)技術(shù)——掃描拉曼埃分辨顯微術(shù)(Scanning Raman Picoscopy,SRP)。該成果于2019年11月8日在《國家科學(xué)評論》(NSR)上在線發(fā)表,并于近期正式出版。 精確確定分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)對于任何一個分子相關(guān)領(lǐng)域都具有至關(guān)重要的意義,是深刻理解分子的化學(xué)、物理、生物等性質(zhì)和功能的關(guān)鍵。掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡具有在實(shí)空間對單分子骨架進(jìn)行成像的杰出能力,但這些技術(shù)通常缺乏精確確定單分子結(jié)構(gòu)所必須的化學(xué)信息。拉曼散射光譜中包含了豐富的分子振動結(jié)構(gòu)信息,不同化學(xué)基團(tuán)的拉曼光譜譜形特征各不相同,因此拉曼光譜可以作為分子化學(xué)基團(tuán)的“指紋”識別工具,但常規(guī)拉曼成像技術(shù)達(dá)不到掃描針尖技術(shù)所具有的超高空間分辨率。因此,將二者結(jié)合發(fā)展起來的針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)(TERS),可以克服各自技術(shù)的缺陷,為實(shí)現(xiàn)單分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的確定提供了可能。 2013年,由侯建國領(lǐng)銜的單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)首次展示了亞納米分辨的單分子拉曼成像技術(shù) [Nature 498, 82 (2013)],將具有化學(xué)識別能力的空間分辨率提高到了一個納米以下(~5 埃)。在此基礎(chǔ)上,研究者們一方面探索單分子拉曼成像技術(shù)空間分辨率的極限,另一方面思考如何充分發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢。該團(tuán)隊(duì)在《國家科學(xué)評論》發(fā)表的研究成果,將空間分辨率推向了一個新的極限,并為最新技術(shù)提出了一種重要的新應(yīng)用。他們通過改進(jìn)低溫(液氦)超高真空針尖增強(qiáng)拉曼光譜系統(tǒng)和精細(xì)調(diào)控針尖尖端高度局域的等離激元場,將空間分辨率提高到了1.5 埃的埃級單個化學(xué)鍵識別水平,在實(shí)空間獲得了分子各種本征振動模式完整的空間成像圖案,并發(fā)現(xiàn)和觀察到分子對稱和反對稱振動模式中顯著不同的干涉效應(yīng)。更為重要的是,他們基于埃級分辨的分子振動模式成像圖以及由此揭示的新物理效應(yīng),結(jié)合化學(xué)基團(tuán)的拉曼指紋數(shù)據(jù)庫,提出了一種可視化構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)的新方法:掃描拉曼埃分辨顯微術(shù)(SRP)。 |