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《Nature》:UCI Joonhee Lee实现了分辨率可达埃米级的TERS成像
《Nature》:UCI Joonhee Lee实现了分辨率可达埃米级的TERS成像
4/5/2019 2:27:16 AM | 浏览:328 | 评论:0

《Nature》:UCI Joonhee Lee实现了分辨率可达埃米级的TERS成像

第一作者:Joonhee Lee

通讯作者:Joonhee Lee, V. Ara Apkarian

通讯单位:加州大学欧文分校

研究亮点:

实现了分辨率可达埃米级的TERS成像

《Nature》:UCI Joonhee Lee实现了分辨率可达埃米级的TERS成像

对分子内部振动驱动的结构转变现象的研究,可以帮助科学家窥探化学和细胞生物学中的一些秘密。然而,分子,总是要振动的。如何捕捉振动的单个分子的信息,是摆在科学家面前的一道坎。

分辨率 vs 可视化

光谱学手段可以测量出振动频率的相关信息,但是难以实现可视化。标准光学显微镜可以实现可视化,但是成像分辨率被限制在几百纳米,根本无法满足观察埃米级的原子运动的分辨率。

随着光学方法的进步,光谱与电镜相结合的新技术已经稳步地把分辨率降低到15 nm,甚至低于1 nm。针尖增强拉曼光谱(TERS)就是一个非常有潜力的技术,它可以利用金属尖端对光进行聚焦,利用表面增强拉曼效应对单个分子的信号进行放大,实现亚分子级空间分辨率。

分辨率再下一城

有鉴于此,美国加州大学欧文分校Joonhee Lee和V. Ara Apkarian等人利用低温高真空扫描隧道显微镜和针尖增强拉曼光谱的各自优势,对振动的单个分子实现了埃米级分辨率的可视化成像。

《Nature》:UCI Joonhee Lee实现了分辨率可达埃米级的TERS成像

为了实现分辨率可达埃米级的TERS成像,研究人员必须将目标分子卟啉族的有机分子牢牢地固定在Cu基底表面。他们观察到,当显微镜的尖端置于分子的不同区域时,得到的拉曼光谱是不同的。通过绘制给定振动能量的拉曼强度图,作者揭示了与正常模式运动最相关的原子的位置。换句话说,他们得到了每个振动模式的快照。

《Nature》:UCI Joonhee Lee实现了分辨率可达埃米级的TERS成像

我们还可以做什么?

当然,这种方法的应用还是存在一定局限性的,因为实验必须在超高真空和非常低的温度下进行的,并非所有科研工作者都拥有这种条件。另外,只有特定的分子和基底组合才能够达到埃米级分辨率,分子的振动模式可能受到基底的影响。此外,该技术主要对垂直于基底的运动很灵敏,而对于平行于基底的运动灵敏度并不高。

如果这些局限性能够进一步得到克服,我们就可以实现生物分子成像,打开新世界的大门。

SERS学术QQ群:529847278

参考文献:

1.Joonhee Lee, Kevin T. Crampton, Nicholas Tallarida & V. Ara Apkarian.Visualizing vibrational normal modes of a single molecule with atomically confined light. Nature. 2019

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1059-9

2. EricC. Le Ru. Snapshots of vibrating molecules. Nature. 2019

https://www.nature.com/articles/d41586-019-00987-0

www.nanoer.net

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