最近，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)的董振超研究小組在高空間分辨的化學(xué)識(shí)別領(lǐng)域再獲重要進(jìn)展，在國際上首次展示了緊鄰的不同分子的實(shí)空間拉曼光譜識(shí)別。該成果發(fā)表在7月27日的《自然·納米技術(shù)》上，論文第一作者為研究小組的博士生江嵩。

　　納米尺度上不同物質(zhì)的化學(xué)識(shí)別一直是納米技術(shù)的一個(gè)重要目標(biāo)。拉曼散射光中包含了豐富的分子振動(dòng)結(jié)構(gòu)的信息，不同的分子具有不同“指紋”特征的拉曼光譜，因此拉曼光譜技術(shù)已經(jīng)成為物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域研究物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的重要手段。但常規(guī)拉曼技術(shù)受限于光學(xué)衍射極限，無法在分子水平上識(shí)別微觀物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)。針尖增強(qiáng)拉曼（TERS）技術(shù)是一種新興的表面分析技術(shù)，它結(jié)合了拉曼光譜技術(shù)高化學(xué)靈敏度和掃描探針顯微術(shù)高空間分辨的雙重優(yōu)勢(shì)。該研究團(tuán)隊(duì)在前期工作中通過精巧的頻譜匹配調(diào)控將非線性過程融入到TERS中，在孤立的單個(gè)分子體系實(shí)現(xiàn)了亞納米分辨的化學(xué)識(shí)別。然而，實(shí)際的微觀體系常由不同的分子所組成，識(shí)別相鄰的不同分子具有更為重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但TERS技術(shù)是否能夠克服相鄰不同分子的拉曼信號(hào)的干擾？相鄰分子的結(jié)構(gòu)相似度和之間的距離可以達(dá)到什么樣的識(shí)別水平？都是亟待澄清和解決的關(guān)鍵問題。

　　針對(duì)以上挑戰(zhàn)，他們選取了兩種結(jié)構(gòu)相似的卟啉衍生物分子。研究結(jié)果表明，既便二者同屬卟啉分子家族，利用超高分辨的非線性TERS技術(shù)，仍然可以對(duì)接觸距離在范德華相互作用范圍內(nèi)（約0.3 nm）的相鄰不同卟啉分子進(jìn)行清晰的化學(xué)識(shí)別，所測(cè)得的拉曼光譜具有各自特征的振動(dòng)“指紋”，能夠明顯區(qū)分分子的“身份”和結(jié)構(gòu)。結(jié)合簡單的理論模型和計(jì)算，他們還進(jìn)一步推測(cè)了分子在表面上的吸附構(gòu)型。這項(xiàng)工作所展示的結(jié)果是化學(xué)識(shí)別極限能力的一個(gè)重要進(jìn)展，對(duì)于任何需要在分子尺度上對(duì)材料的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別的領(lǐng)域，都具有極其重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，有可能在未來的表面反應(yīng)、異相催化、分子器件、甚至包括DNA、蛋白質(zhì)測(cè)序在內(nèi)的生物分子無標(biāo)記高分辨識(shí)別等研究中得到廣泛的應(yīng)用。

　　審稿者稱贊“這是一項(xiàng)非常令人驚訝的前所未有的工作，它實(shí)現(xiàn)了分析化學(xué)領(lǐng)域的終極目標(biāo)之一，即在分子分辨水平上實(shí)現(xiàn)不同分子及其化學(xué)狀態(tài)的識(shí)別。”

　　上述研究得到國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。

　　圖注：a. TERS的原理示意圖。b. 交替吸附在Ag臺(tái)階上并處于范德華接觸距離（約0.3 nm）的兩種不同卟啉分子的STM圖像。c. 在b圖中相應(yīng)分子中心位置采集的TERS光譜以及理論模擬光譜。