Die Überwachung und Unterscheidung des molekularen Verhaltens bei Isomeren bleibt eine langjährige Herausforderung aufgrund ähnlicher chemischer Zusammensetzungen, obwohl sie funktional kritische Unterschiede aufweisen. Aufgrund des anhaltenden Bedarfs an molekularem Design bzw. Strukturanalyse in Forschungsbereichen sowie Reaktions- und Qualitätskontrolle in industriellen Bereichen ist die Identifikation isomerer Paare unerlässlich. Konventionelle analytische Techniken, darunter Kernspinresonanz und Massenspektrometrie, erfordern jedoch zerstörerische Verfahren oder große Probenmengen, was ihre Anwendbarkeit für On-Chip-Analysen oder einfache Analysen mit guter Zugänglichkeit einschränkt. Hier schlagen wir eine graphene-integrierte Terahertz-Metasurface-Plattform vor, die eine nicht-destruktive und On-Chip-Unterscheidung konstitutioneller Isomere ermöglicht, sowie die Überwachung des interfacialen molekularen Verhaltens mit einer Nachweisgrenze im Nanogramm-Bereich. Durch die Abdeckung einer Graphenschicht auf ein Nanoschlitz-Hohlraumarray der Metafläche kann eine schwebende Graphen-Monolage als aktive Prüffläche mit Unterstützung extremer Terahertz-Feldeinschließung genutzt werden. Mit hoher Empfindlichkeit gegenüber dem interfacialen Zustand der Graphenoberfläche können konstitutionelle Isomere mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften umfassend über sowohl die Graphen-Analyten-Wechselwirkungsrate als auch die Änderung der Graphen-Leitfähigkeit unterschieden werden. Die vorgeschlagene Plattform bietet label-freie Isomerunterscheidung und Überwachung interfacialer Wechselwirkungen in einem Einzelschussverfahren, implementiert auf einer kompakten Metafläche von 6 mm² unter Verwendung von weniger als 20 μL Probenlösung. Diese Konfiguration ermöglicht nicht-destruktive optische Analysen sowie elektrische Messungen und zeigt vielversprechendes Potenzial für die Charakterisierung molekularer Isomere und das Verfolgen ihres Verhaltens.
Kim et al. (Wed,) untersuchten diese Fragestellung.