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光学成像进入"亚纳米"时代 将成解析分子新手段

http://www.kexue.com 2013-06-06 10:59:21 人民网  发表评论


分子的振动“指纹”信息通过拉曼散射光进行高分辨成像。图片是实验原理的艺术化处理,分子的振动信息和拉曼成像通过底幕上的波状影像来表示

  《自然》杂志于6月6日在线发表了中国科学技术大学科学家的一项最新成果——在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像,将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5纳米。

  这项成果由中科大微尺度物质科学国家实验室侯建国院士领衔的单分子科学团队董振超研究小组完成,博士生张瑞、张尧为论文共同第一作者。

  物质世界里的分子非常小,一般在1个纳米左右,相当于人的头发丝直径的1/60000。如此小的尺度,连光学显微镜都无能为力。如何在纳米甚至亚纳米尺度上实现分子成像并能识别分子的化学信息,从而帮助人类认识分子结构,更进一步了解微观世界,是国际科学界持续关注的热点。

  董振超介绍,光的频率在散射后会发生变化,而频率的变化情况取决于散射物质的特性,这就是获得诺贝尔奖的“拉曼散射”。“正如通过人的指纹可以识别人的身份一样,拉曼光谱的谱形也成为科技工作者识别不同分子的‘指纹’光谱,是物理、化学、材料、生物等领域研究分子结构的重要手段。”

  微尺度实验室单分子科学团队发展了将高分辨扫描隧道显微技术与高灵敏光学检测技术融为一体的联用系统,使化学识别的分辨率达到前所未有的0.5纳米,可识别分子内部的结构和分子在表面上的吸附构型。董振超说,这项研究对了解微观世界,特别是微观催化反应机制、分子纳米器件的微观构造和包括DNA测序在内的高分辨生物分子成像,具有极其重要的科学意义和实用价值,也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。

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