香港大學、北京國家奈米科學中心、哈佛大學和史圖加特大學的研究人員透過開發一種提高表面增強紅外吸收（SEIRA）靈敏度的新方法，推進了分子傳感領域的發展。SEIRA 使用電漿奈米結構來放大吸附在其表面的分子的紅外訊號。石墨烯因其高靈敏度和可調性而成為 SEIRA 特別有前途的材料。然而，石墨烯和分子之間的交互作用被固有的分子阻尼削弱。
新方法采用合成復頻波（CFW）將石墨烯傳感器檢測到的分子訊號放大至少一個數量級。它也適用於不同階段的分子傳感。
SEIRA 最初是使用 Ag 和 Au 薄膜進行演示的，但奈米加工的進步和新型電漿材料的開發已經導致電漿奈米結構能夠更大程度地增強生物分子訊號。與基於金屬的 SEIRA 相比，二維 (2D) 狄拉克費米子電子態支持的強場限制使基於石墨烯的 SEIRA 在氣相和固相傳感的分子表征方面具有出色的效能。石墨烯還可以增強水溶液中的分子紅外吸收。
石墨烯電漿激元的主動可調性透過柵極電壓改變摻雜水平，拓寬了不同分子振動模式的檢測頻率範圍。這些優點使基於石墨烯的 SEIRA 成為單分子層檢測的獨特平台。然而，固有分子阻尼顯著降低了振動模式和電漿激元之間的交互作用。結果，在非常低的濃度下，電漿增強的分子訊號的光譜變得非常弱和寬，最終被雜訊所掩蓋。
補償分子阻尼的一種方法是添加光學增益材料。然而，這需要復雜的設定，可能與檢測系統不相容。此外，增益材料通常會增加不穩定性和雜訊。
另一種可能性是使用復頻波（CFW）；理論研究證明，具有時間衰減的CFW可以恢復由於材料損失而導致的資訊損失。然而，在實際光學系統中生產 CFW 仍然是一項具有挑戰性的任務。
研究人員提出了一種透過組合多個實頻波來合成CFW的新方法。該方法已成功套用於提高超級透鏡的空間分辨率。研究人員證明，合成的 CFW 可以顯著增強基於石墨烯的 SEIRA 中的分子振動指紋。他們成功地套用合成的 CFW 來改善不同條件下生物分子的中紅外消光光譜中的分子訊號，包括直接測量去氧雪腐鐮刀菌烯醇 (DON) 分子的多種振動模式以及固相和水溶液中蛋白質的基於石墨烯的 SEIRA 。
這種使用合成 CFW 的 SEIRA 新方法對於各種 SEIRA 技術具有高度的可延伸性，並且通常可以提高傳統 SEIRA 技術的檢測靈敏度。它可用於開發具有廣泛套用的超靈敏傳感器，例如早期疾病診斷、個人化醫療和有毒物質的快速檢測。這種方法在分子傳感領域具有巨大的潛力，能夠檢測目前無法檢測到的痕量分子。
