從家庭血糖儀到新冠病毒（COVID-19）快速檢測，即時診斷（POCT）正在加速改善醫療保健服務。然而，持續升級并推動這些產品增長的傳感技術，正面臨越來越多的挑戰。
例如，隨著器件不斷微型化，一些光學傳感芯片所包含的納米結構，幾乎和它們需要檢測的生物或化學分子一樣小。這些納米結構提高了傳感器探測分子的能力。但是，它們的微小尺寸，也使得將分子引導到傳感器的正確區域變得具有挑戰性。
布法羅大學工程與應用科學學院電氣工程助理教授Peter Q. Liu博士說：“這有點像開發一輛新的賽車，更流線的外型可以助其跑得更快，但它的車門太小，以至于駕駛員進入都非常困難。”
據麥姆斯咨詢介紹，Liu博士及其實驗室博士研究生Xianglong Miao和桑迪亞國家實驗室集成納米技術中心的Ting Shan Luk博士合作，針對這一問題開發了一種了新型傳感器。
這款新型傳感器利用了表面增強紅外吸收（SEIRA）光譜技術，該研究成果已于近期發表在Advanced Materials上。
光譜學涉及研究光如何與物質相互作用。雖然紅外吸收光譜技術已經誕生了100多年，但研究人員仍在努力使這項技術更強大、更經濟、更普適。顧名思義，這些傳感器利用了電磁頻譜中的紅外波段。數十年來，紅外技術已經應用于遙控、夜視等廣泛領域。
SEIRA光譜可以提供無標記、無損、高靈敏且特異性的分析物鑒定，因此已廣泛用于各種傳感應用。SEIRA傳感器通常采用共振納米光子結構，以顯著增強電場，從而在器件的某些納米級熱點中將光與物質的相互作用提高幾個數量級。然而，更小的熱點可以進一步增強電場，但是將分析物輸送到這些熱點變得越來越具有挑戰性。
研究人員開發的新型SEIRA傳感器由數排微小的矩形金條陣列組成。然后，研究人員將陣列浸入1-十八烷基硫醇（通常縮寫為ODT）中。在2900 cm?1附近，大約10%的分子振動信號通過感測單層ODT實現。
然后，在該設計中，研究人員加入一滴液態金屬鎵作為傳感器的基底。最后，他們在頂部放置一層薄薄的玻璃蓋，形成一種三明治結構。
通過這種具有多層和腔體的傳感器設計，構建了研究人員稱為“納米貼片天線”的高性能納米光子SEIRA傳感器，該天線將被測分子導入空腔，并吸收足夠的紅外光來分析生物和化學樣品。
“我們傳感器中的單層分子就可以使反射光量發生10%的變化，而傳統典型傳感器可能只能產生1%的變化。”Liu介紹稱，“團隊將繼續改進傳感器，目標是將其用于生物分析傳感和醫療診斷應用，比如感知與某些疾病相關的生物標志物。”
此外，在測量ODT后，研究人員可以用拭子從傳感器芯片表面去除液態鎵。這一過程可以使傳感器重復使用，這使其相比類似的替代品更具成本效益。
這種實現液態金屬納米光子結構的經濟、高效且可靠的方法，為開發紅外波段高性能傳感器和其他光子學應用打開了新大門。