一种新型的、低成本的化学传感芯片使我们向这一技术又进了一步。长期以来，这项技术一直是警察和其他希望监测毒品使用情况和遏制危险驾驶行为的人的首选。

该芯片可以集成到便携式便携式设备中，用于检测血液、呼吸、尿液或唾液等生物样品中的药物。

布法罗大学工程与应用科学学院电子工程副教授甘桥强博士说：“目前，对药品的现场检测有很大的需求。”“我们设计的高性能芯片能够在我们的实验中在几分钟内检测到可卡因。它也很便宜：可以用10美分左右的原材料来生产，而且我们使用的制造技术也是低成本的。”

“将来，我们希望也能利用这项技术来检测其他毒品，包括大麻。”他补充道。“大麻的日益合法化带来了很多社会问题，包括需要建立一个快速检测吸毒司机的系统。”

Gan和他的团队一起开发了这个新芯片，团队成员包括中国复旦大学材料科学系的副研究员高军和美国大学电气工程系的同事、美国大学公共卫生与健康学院的公共卫生与行为学系的Nan Zhang，他们都是该领域的博士生。

这项由美国国家科学基金会资助的研究于5月7日在Small Methods杂志上发表。

可卡因及其他药物的化学指纹检测

这种新芯片是一种工程化的纳米结构，可以捕捉金和银纳米粒子边缘的光线。当生物或化学分子降落在晶片表面时，一些被捕获的光与分子相互作用，并被“散射”成新的能量。这种效应发生在作为指纹的可识别的模式中，它揭示了有哪些化合物存在的信息。因为所有的化学物质——可卡因、类鸦片和大麻中的活性成分——都有其独特的光散射特征，所以研究人员可以利用这项技术来快速识别各种化学物质。

这种传感方法被称为表面增强拉曼光谱（SERS），它并不是新的。但是甘教授的团队开发的芯片以其高性能和低成本而著称。

“SERS在快速检测药物和其他化学物质方面有很大的潜力，但是执行检测所需的材料通常是相当昂贵的，”Zhang说。“用于SERS的芯片通常采用昂贵的方法制造，例如在金属衬底上形成特定图案的光刻技术。我们通过在玻璃衬底上沉积各种薄层材料来创建我们的芯片，这种方法具有成本效益，适用于工业规模生产。”

一种光学层蛋糕

新的芯片——一个被称为元曲面的结构——就像一个层蛋糕，多层材料层叠在一起。

具体而言，该技术由夹在银镜（芯片基底）和由金和银纳米颗粒（芯片的活性表面）制成的混合纳米材料之间的一片介电材料（例如二氧化硅，氧化铝等）组成。

这种结构非常适用于SERS：可卡因或其他物质的分子落入芯片表面纳米颗粒之间的微小空间。然后，当该结构暴露于光下进行测试时，银镜和介电层充当“光学腔”，以增加芯片表面处的光子数量的方式操纵光。最终，这加强了被感测化合物的散射特征，从而提高了检测率。

这项技术有很长的保质期，研究人员发现，经过一年的储存后，它的性能良好。芯片的寿命部分要归功于其表面设计：最后沉积的金纳米粒子有助于将银纳米粒子屏蔽在空气中，从而防止氧化、降解和变色。
“有了我们的结构，我们可以实现高性能和稳定的性能随时间推移。”甘说。

研究的下一步是将芯片安装在一个简单、便携的测试设备中。这项技术将首先通过提取特定分子（如可卡因或其他药物）的纯化过程来运行血液、呼吸、尿液或唾液。然后，通过这一程序捕获的任何化学品将被转移到芯片上进行检测和识别。