中国科大首次实现紧邻不同分子的拉曼光谱识别

　　纳米尺度上的化学识别对于微观结构的设计与功能调控至关重要，而实现相邻不同分子的化学识别则代表着识别技术的一种极限挑战。最近，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室单分子科学团队董振超研究组朝着这一极限目标又迈出了重要一步——他们继2013年成功实现亚纳米分辨的单分子拉曼光谱成像之后，又在国际上首次实现紧邻的不同分子的拉曼光谱识别，在高空间分辨的化学识别领域再获重要进展。

　　该成果7月27日在线发表在国际权威学术期刊《自然•纳米技术》上，博士生江嵩为论文第一作者。审稿人称赞“这是一项非常令人惊讶的前所未有的工作，它实现了分析化学领域的终极目标之一，即在分子分辨水平上实现不同分子及其化学状态的识别。”

　　董振超介绍说，纳米尺度上不同物质的化学信息识别一直是纳米技术的一个重要目标。由于拉曼散射光（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，这就是著名的“拉曼散射”）中包含了丰富的分子振动结构的信息，不同分子具有不同“指纹”特征的拉曼光谱，因此拉曼光谱技术已成为物理、化学、材料、生物等领域研究物质组成和结构的重要手段。但常规拉曼技术无法在分子水平上识别微观物质的组成与结构，而新兴的针尖增强拉曼（TERS）技术则结合了拉曼光谱技术高化学灵敏度和扫描探针显微术高空间分辨的双重优势。此前，董振超小组将非线性过程融入到TERS中，在单个分子体系实现了亚纳米分辨的化学识别。

　　然而，实际的微观体系常由不同分子组成，识别相邻的不同分子具有更为重要的实际应用价值。但TERS技术是否能够克服相邻不同分子的拉曼信号的干扰？相邻分子的结构相似度及其间距到底可以达到什么样的识别水平？这些都是亟待解决的关键问题。

　　针对上述挑战，董振超小组选取了两种结构相似的卟啉衍生物分子。研究结果表明，既便二者同属卟啉分子家族，利用超高分辨的非线性TERS技术，仍然可以对距离在约0.3 纳米的不同卟啉分子进行清晰的化学识别，所测得的拉曼光谱具有各自特征的振动“指纹”，能够明显区分分子的“身份”和结构。

　　董振超表示，该成果是化学识别极限能力的一个重要进展，对于任何需要在分子尺度上对材料的成分和结构进行识别的领域，都具有极其重要的科学意义和实用价值，有可能在未来的表面反应、催化、分子器件、甚至包括蛋白质测序在内的生物分子高分辨识别等研究中得到广泛应用。