使用传统的测试技术，检测纳米塑料、空气污染物以及生物体和天然材料中的微生物等有害污染物可能具有挑战性，有时甚至是不可能的。有时，这些污染物的数量非常少，以至于测试无法可靠地检测到它们。

然而，这种情况可能很快就会改变。新兴的纳米技术(基于光的“扭曲”状态)有望使识别空气、液体和活组织样本中杂质的化学成分及其几何形状变得更加容易。

由巴斯大学物理学家领导的国际科学家团队正在为这项技术做出贡献，这可能为新的环境监测方法和先进药物铺平道路。他们的工作发表在《先进材料》杂志上。

新兴的化学检测技术基于被称为拉曼效应的光与物质相互作用。当某种材料在某种颜色的光照射下发生散射并将光变成多种略有不同的颜色时，就会发生拉曼效应。它本质上会产生一条迷你彩虹，这取决于材料内原子的振动方式。

测量拉曼彩虹的颜色可以揭示单个原子键，因为分子键具有不同的振动模式。材料中的每个键都会根据照明产生自己独特的颜色变化。总而言之，拉曼彩虹中的颜色用于检测、分析和监测复杂分子的化学成分(化学键)，例如在环境污染物混合物中发现的分子。

“拉曼效应用于检测农药、药物、抗生素、重金属、病原体和细菌。它还用于分析影响人类健康和气候的单个大气气溶胶，”巴斯物理系的罗宾·琼斯博士说，谁是该研究的第一作者。

有害污染物

论文合著者、中国复旦大学环境科学系张立武教授表示：“水生污染物，即使是微量，也可以通过生物链在生物体中积累。这对人类健康、动物福利构成威胁。”和野生动物。一般来说，很难确切地知道复杂混合物的化学成分是什么。”

领导这项研究的来自巴斯的VentsislavValev教授补充道：“了解环境中复杂的、潜在有害的污染物是必要的，这样我们才能学习如何将它们分解成无害的成分。但这并不全在于它们是什么原子。”原子的排列方式非常重要——它对于分子的行为具有决定性作用，尤其是在生物体内。

“我们的工作旨在开发新的方法，通过拉曼效应告诉我们原子在空间中的排列方式，现在我们使用金制成的微型螺旋形天线迈出了重要的技术一步。”

拉曼效应非常弱——只有百万分之一的光子(光粒子)会发生颜色变化。为了增强它，科学家使用纳米级制造的微型天线将入射光引导到分子中。这些天线通常由贵金属制成，其设计受到纳米加工能力的限制。

巴斯的团队使用了有史以来最小的螺旋天线：它们的长度比人类头发的厚度小700倍，天线的宽度也小2,800倍。这些天线是由德国斯图加特大学PeerFischer教授团队的科学家用黄金制成的。

“我们的测量表明，这些螺旋天线有助于从分子中获取大量拉曼彩虹光子，”琼斯博士说。“但更重要的是，螺旋形状增强了两种常用于探测分子几何形状的光之间的差异。这些光被称为圆偏振光。

“圆偏振光可以是左旋光，也可以是右旋光，而我们的螺旋基本上可以与光握手。因为我们可以使螺旋向左或向右扭转，所以我们设计的与光的握手既可以是左旋光，也可以是右旋光。”用左手或右手。”

“虽然以前已经观察到过这种握手，但这里的关键进展是，我们首次证明分子可以感受到它，因为它会影响拉曼彩虹。这是重要的一步，将使我们能够有效、可靠地区分左手和右手分子，首先在实验室中，然后在环境中。”

结晶紫

为了证明光和天线之间的新握手可以传递给分子，研究人员利用了分子(水晶紫)，它们本身无法与光“握手”。然而，这些分子的表现就好像它们可以执行这种功能，表达它们所附着的金纳米螺旋的“握手”能力。

“我们在这里工作的另一个重要方面是我们与两个工业合作伙伴合作，”瓦列夫教授说。“VSParticle生产用于测量拉曼光的标准纳米材料。拥有通用标准对于世界各地的研究人员能够比较结果来说非常重要。”

他补充道：“我们的工业合作伙伴雷尼绍公司是世界领先的拉曼光谱和显微镜设备制造商。这种合作关系至关重要，这样新技术才能走出实验室，进入面临环境挑战的现实世界。”

在这项工作的基础上，该团队目前正致力于开发更先进的拉曼技术。