中国科大｜将空间分辨率推向新极限 提出扫描拉曼埃分辨显微术

克日，中国科学技术大学侯建国院士领衔的单分子科学团队的董振超钻研组与罗毅钻研组，在单分子拉曼成像范围得到严重平息，将空间辩白率推向新极限，完成了埃级单化学键辩白的分子内各种振动情势的实空间成像，并提出了一种全新的分子化学构造重构技术——扫描拉曼埃辩白显微术（Scanning Raman Picoscopy，SRP）。该功效于2019年11月8日在《国家科学批评》上在线发表钻研论文“Visually Constructing the Chemical Structure of a Single Molecule by Scanning Raman Picoscopy”。

精确肯定分子的化学构造关于任何一个分子相干范围都具有相当主要的意义，是深化了解分子的化学、物理、生物等性质和服从的关键。扫描地道显微镜和原子力显微镜具有在实空间对单分子骨架停止成像的超卓才气，但这些技术凡是缺少精确肯订单分子构造所必须的化学信息。拉曼散射光谱中包罗了丰硕的分子振动机关信息，差别化学基团的拉曼光谱的谱形特征各不不异，因此拉曼光谱能够作为分子化学基团的“指纹”辨认工具，但通例拉曼成像技术达不到扫描针尖技术所具有的的超高空间辩白率。因此，将二者分离展开起来的针尖增强拉曼光谱技术（TERS），能够抑止各自技术的缺点，融合两种技术的劣势，为完成单分子化学构造的确定供给了能够。

2013年，由侯建国院士领衔的单分子科学团队初度展示了亚纳米辩白的单分子拉曼成像技术 [Nature 498, 82 (2013)]，将具有化学问别才气的空间辩白率前进到了一个纳米以下（~5埃），此项突破性功效已被国际同行援用八百多次。在此根底上，钻研者们一方面探求单分子拉曼成像技术空间辩白率的极限，另外一方面思考如何充实阐扬这项技术的配合劣势。

近来，该团队经过历程改进高温（液氦）超高真空针尖增强拉曼光谱体系和精密调控针尖尖端高度局域的等离激元场，将空间辩白率前进到了1.5埃的埃级单个化学键辨认水平，在实空间得到了分子各种本征振动情势残缺的空间成像图案，并发明和观察到了分子对称和阻挡称振动情势中明显差别的干涉效应。更减轻要的是，该团队基于埃级辩白的分子振动情势成像图和由此提示的新物理效应，分离化学基团的拉曼指纹数据库，提出了一种可视化构建分子构造的新办法——扫描拉曼埃辩白显微术。

扫描拉曼埃辩白显微术充实彰显了基于拉曼旌旗灯号的针尖扫描技术“矛头毕显”地在实空间精确肯定分子化学构造的才气。钻研者以单个镁卟啉分子作为模子体系，接纳“搭积木”(Lego-like)方法把各个化学基团拼接起来，完成对全部分子化学构造的构建。

埃级辩白的扫描拉曼显微术所具有的这类剖析未知分子化学构造的才气，无疑将惹起化学、物理、质料和生物等范围科研人员的普遍爱好，催生这一范围的大批相干钻研。能够预感，经过历程与野生智能、机器学习相分离，SRP有望展开成为一种成熟和通用的技术，将为在单个化学键尺度上肯订单分子的化学构造、原位钻研表面物理化学历程和表面催化反应等供给新的手腕，也为生物分子的高辩白成像和构造肯定供给了新的思路。

扫描拉曼埃辩白显微术的艺术化结果图

图片阐明：高度局域化的等离激元电磁场会明显增强针尖下方单个分子内部局域化学基团的拉曼散射旌旗灯号。将差别化学基团简正振动情势对应的拉曼成像图样停止兼并，就可以够接纳相似“聚集木”的方法将各个化学基团拼接起来，构建出残缺的分子化学构造。

文章链接：Visually Constructing the Chemical Structure of a Single Molecule by Scanning Raman Picoscopy