SERS(表面增強拉曼光譜)是一種利用激光和專門的傳感器間接檢測化學物質(zhì)存在的方法。

金網(wǎng)為測量提供了一個理想的表面，因為它不干擾被測量的物質(zhì)。

研究人員創(chuàng)造了一種特殊的超薄傳感器，由黃金紡成，可以直接貼在皮膚上，不會刺激或不適。該傳感器可以測量不同的生物標志物或物質(zhì)來進行體內(nèi)化學分析。它的工作原理是使用一種名為拉曼光譜的技術，即針對傳感器的激光會根據(jù)此時皮膚上存在的任何化學物質(zhì)發(fā)生輕微的變化。該傳感器可以微調(diào)到非常靈敏，并且足夠堅固，適合實際使用。

基于有限元方法的COMSOL Multiphysics可穿戴SERS傳感器的數(shù)值模擬。

可穿戴技術并不是什么新鮮事。也許你或你認識的人戴著智能手表。其中許多可以監(jiān)測某些健康問題，如心率，但目前它們無法測量可能有助于醫(yī)學診斷的化學特征。智能手表或更專業(yè)的醫(yī)療監(jiān)護儀也相對笨重，而且通常相當昂貴。由于這些不足，由東京大學化學系的研究人員組成的一個團隊尋求一種新的方法，以無創(chuàng)、經(jīng)濟高效的方式感知各種健康狀況和環(huán)境問題。

“幾年前，我在東京大學的另一個研究小組中發(fā)現(xiàn)了一種制造堅固可拉伸電子元件的迷人方法。”研究期間的訪問學者、現(xiàn)任中國揚州大學講師Limei Liu表示，“這些設備是由鍍金的超細線制成的，因此可以毫無問題地連接到皮膚上，因為黃金不會對皮膚產(chǎn)生任何反應或刺激皮膚。然而，作為傳感器，它們僅限于檢測運動，我們一直在尋找能夠感測化學特征、生物標記和藥物的東西。因此，我們基于這一想法，創(chuàng)建了一種非侵入性傳感器，超過了我們的期望，并激勵我們探索進一步改進其功能的方法。"

不同放大倍數(shù)下的金納米網(wǎng)。這些纖維的厚度大約是人類頭發(fā)的150倍。來源：Goda等人。

傳感器的主要組成部分是細金網(wǎng)，因為金是非活性的，這意味著當它接觸到團隊希望測量的物質(zhì)時，例如汗液中存在的潛在疾病生物標記物，它不會對該物質(zhì)進行化學改變。但是，由于金網(wǎng)非常精細，它可以為生物標記物提供一個驚人的大表面，這就是傳感器的其他組件的作用。

當?shù)凸β始す庵赶蚪鹁W(wǎng)時，一部分激光被吸收，另一部分被反射。在反射的光中，大多數(shù)具有與入射光相同的能量。然而，一些入射光會將能量損失給生物標記物或其他可測量的物質(zhì)，反射光和入射光之間的能量差異是所討論的物質(zhì)所特有的。一種稱為光譜儀的傳感器可以利用這種獨特的能量指紋來識別物質(zhì)。這種化學鑒定方法稱為拉曼光譜法。

可穿戴SERS傳感器的潛在應用。

助理教授Tinghui Xiao表示：“目前，我們需要對傳感器進行微調(diào)，以檢測特定物質(zhì)，我們希望在未來進一步提高靈敏度和特異性。有了這個，我們認為像血糖監(jiān)測這樣的應用是可能的，它是糖尿病患者的理想選擇，甚至是病毒檢測?！?/p>

Keisuke Goda教授說：“該傳感器還有潛力與拉曼光譜以外的其他化學分析方法合作，如電化學分析，但所有這些想法都需要更多的研究。無論如何，我希望這項研究能夠帶來新一代低成本生物傳感器，從而徹底改變健康監(jiān)測，減輕醫(yī)療保健的財政負擔?！?/p>

盡管非常薄，但金納米網(wǎng)傳感器非常耐用，可以拉伸和變形而不會斷裂。因此，它可以粘附在許多不同的表面，而不僅僅是人類皮膚，用于不同的傳感目的。