什么是针尖增强拉曼散射（TERS）或纳米拉曼？

上海巨纳

2016/12/01 16:15

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随着检测器性能的提高和新的快速高光谱成像技术（如SWIFT可快速采集高空间分辨率图像）的出现，显微拉曼的成像速度有了很大的提高。与所有传统的共焦技术一样，拉曼共焦成像仍旧受阿贝光衍射极限原理的限制，无法逾越亚微米级别的空间分辨率。在共焦荧光成像中，超分辨技术（像PALM或STORM）可打破这个空间分辨率的限制，然而这些技术非常依赖于对标记技术，没有标记则无法使用。拉曼光谱的优势是可以提供无标记的详细化学信息。

相对于扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），扫描探针显微镜（SPM）尤其是原子力显微镜（AFM）的发展已经让人们对纳米世界的了解变得容易、可行。随着近场光学显微技术（SNOM、NSOM）的发展，已有新的方法来探测亚衍射极限的光。

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近场透射和反射显微镜可通过锥形光纤或空心悬臂得以实现，而近场荧光则由于光转换效率问题而更具挑战性。由于自发拉曼是种很弱的散射，一般来说，只有百万分之一的激发光子被散射回来，所以除了强共振分子外，SNOM-拉曼（或NSOM-拉曼）从未真正成功过。

即使用最好的光学器件和检测硬件，非共振分子的近场自发拉曼依然非常困难。

在过去的30年，表面增强拉曼散射获得了蓬勃的发展，因其通过表面等离子体共振效应实现了拉曼的单分子检测。针尖增强拉曼散射利用的也是相同的效应，SPM探针针尖作为增强表面在纳米区域促进拉曼散射。

成功的TERS测试常常需要制备合适的探针针尖，即针尖必须涂镀一层粗糙贵金属以便于光进入表面等离子体进行耦合。选择适当的激发波长匹配样品共振以及合适的探针针尖使等离子体耦合效率最大化也有助于大大增强测样点的拉曼信号，从而使其空间分辨率可达到10nm。通过开发一个光学、机械和软件最优化的SPM耦合平台，使其提供最好的光搜集效率并且可以方便地将拉曼激光导入到SPM针尖实现高效稳定的TERS成像，巨纳集团提供的该设备空间分辨率可达到2nm。

针尖增强拉曼散射(Tip enhanced Raman scattering, TERS)技术已被探索用于许多不同的应用领域，并为纳米尺度的化学分析和成像开辟了新的可能。