Tipforstærket Raman-spredning kan skelne mellem to strukturelt ens tilstødende molekyler

(Phys.org) —Avanceringer i overfladeforbedret Raman-spektroskopi ved hjælp af et scanningstunnelmikroskop under ultrahøjt vakuum og lav temperatur har gjort det muligt for en gruppe forskere fra University of Science and Technology of China at skelne mellem to forskellige, men strukturelt ens, tilstødende molekyler adsorberet på en sølvoverflade. Dette niveau af præcision og følsomhed kunne muliggøre fremskridt inden for overfladekemi og præcis overvågning af DNA -sekventering og proteinfoldning. Deres arbejde fremgår af en nylig udgave af Naturnanoteknologi .

Tidligere arbejde fra denne gruppe brugte plasmonforbedret Raman-billeddannelse til at isolere et enkelt molekyle meso-tetrakis (3, 5-di-tetrarybutyl-phenyl-porphyrin), eller H. ₂ TBPP, der var placeret i STM -nanokaviteten under ultrahøjt vakuum og lav temperatur. Ved hjælp af de optimerede betingelser til at isolere et enkelt molekyle, de rapporterer nu, at de er i stand til at skelne mellem to porfyrin-afledte molekyler, H ₂ TBPP og zink-5, 10, 15, 20-tetraphenyl-porphyrin, eller ZnTPP. Disse strukturelt ensartede molekyler er inden for van der Waals afstand fra hinanden og adsorberes på et Ag (111) substrat.

De var i stand til at opnå denne form for følsomhed ved hjælp af tipforstærket Raman-spredning (TERS). TERS er en Raman -forstærkende teknik, der begrænser Raman -målinger til området inden for STM -spidsen, et område på 0,5 nm. Denne rumlige indeslutning muliggør meget præcise målinger af individuelle molekyler. Bortset fra den store signalforbedring, en fordel ved at bruge TERS er, at interaktionen mellem molekylet og metalsubstratet fjerner det potentielt anmassende fluorescenssignal, mens den involverede ikke-lineære proces hjælper med at forbedre den rumlige opløsning. Derudover er TERS ikke-invasiv, som bevarer prøvens strukturelle og kemiske integritet, og det kan skelne mellem forskellige molekylære konfigurationer af overflade-adsorberede molekyler.

Den første del af denne undersøgelse så på individuelle molekyler af ZnTPP og H. ₂ TBPP på separate Ag (111) overflader. Selvom begge disse molekyler har lignende strukturer, deres Raman -spektre var markante, tyder på, at man kunne skelne de to molekyler, hvis de var på den samme overflade. Jiang, et al. fandt også ud af, at TERS -spektrene var forskellige fra de tilsvarende pulver Raman -spektre for begge molekyler, hvilket tyder på, at disse data kombineret med densitetsfunktionel teorisimulering kunne give oplysninger om molekylær konfiguration på metaloverfladen.

Den næste del af undersøgelsen var at se på ZnTPP og H ₂ TBPP på den samme Ag (111) overflade. De så på to forskellige molekylære "øer", der var cirka 2,5 nm fra hinanden, den ene med ZnTBPP og den anden med H ₂ TBPP -molekyler. Øerne havde en bar Ag (111) overflade imellem. De fandt ud af, at TERS -spektrene for den øverste ø -del af overfladen lignede ZnTPP, mens bundøen havde spektre, der lignede H ₂ TBPP.

Jiang et al. observerede, at molekyler langs kanten af ​​en ø havde svagere TERS -spektre sammenlignet med molekyler inden for en ø. De kørte sekventielle TERS -målinger og var i stand til at skelne mellem ZnTPP -molekyløen, herunder molekylerne langs kanten og H ₂ TBPP molekylær ø og dens kantmolekyler. De fandt ud af, at selv når to molekylære øer er inden for van der Waals afstand fra hinanden, analyse af TERS -spektret langs liniesporet skelner mellem et kantmolekyle på ZnTPP -øen og et kantmolekyle på H ₂ TPP ø.

Evnen til at skelne mellem en ø og et trinmolekyle skyldes forskelle i overfladekonfigurationer. Baseret på DFT -beregninger og eksperimentelle data, ZnTPP, i særdeleshed, havde flere særprægede konfigurationer. Disse er baseret på in-plane og out-of-plane vinkler af phenylringene og vippevinklen.

Evnen til at skelne mellem to molekyler på en overflade samt bestemme deres adsorptionskonfiguration og orientering åbner døren for at studere overfladekatalyse såvel som andre biologiske systemer.

© 2015 Phys.org