香港大学、北京国家纳米科学与技术中心、哈佛大学和斯图加特大学的研究人员通过开发一种提高表面增强红外吸收灵敏度的新方法，推动了分子传感领域的发展。SEIRA使用等离子体纳米结构来放大吸附在其表面的分子的红外信号。石墨烯因其高灵敏度和可调性而成为SEIRA特别有前途的材料。然而，石墨烯和分子之间的相互作用被固有的分子阻尼削弱了。
新方法采用合成复频波将基于石墨烯的传感器检测到的分子信号放大至少一个数量级。它也适用于不同阶段的分子传感。
SEIRA最初是使用Ag和Au薄膜证明的，但纳米制造的进步和新型等离子体材料的发展导致了等离子体纳米结构能够更大程度地增强生物分子信号。与金属基SEIRA相比，在二维狄拉克费米子电子态的支持下，基于石墨烯的SEIRA在气相和固相传感的分子表征方面具有优异的性能。石墨烯还可以增强分子红外线在水溶液中的吸收。
石墨烯等离子体的主动可调性通过通过栅极电压改变掺杂水平，拓宽了其对不同分子振动模式的检测频率范围。这些优势使基于石墨烯的SEIRA成为分子单层检测的独特平台。然而，固有的分子阻尼显著降低了振动模式与等离子体之间的相互作用。因此，在非常低的浓度下，等离子体增强分子信号的光谱变得非常微弱和宽广，最终被噪声所掩盖。
补偿分子阻尼的一种方法是添加光学增益材料。然而，这需要复杂的设置，可能与检测系统不兼容。此外，增益材料通常会增加不稳定性和噪声。
另一种可能性是使用复频波;理论研究证明，具有时间衰减的CFW可以恢复由于物质损失导致的信息丢失。然而，在实际光学系统中生产CFW仍然是一项具有挑战性的任务。
研究人员提出了一种通过组合多个实频波来合成CFW的新方法。该方法已成功应用于提高超透镜的空间分辨率。研究人员证明，合成的CFW可以显着增强基于石墨烯的SEIRA中的分子振动指纹。他们成功地应用合成的CFWs来改善不同条件下生物分子在中红外消光光谱中的分子信号，包括直接测量脱氧雪腐镰刀菌烯醇分子的多种振动模式和石墨烯基SEIRA在固相和水溶液中的蛋白质。
这种使用合成CFW的SEIRA新方法具有高度的可扩展性，可扩展到各种SEIRA技术，并且通常可以提高传统SEIRA技术的检测灵敏度。它可用于开发超灵敏传感器，用于广泛的应用，例如早期疾病诊断、个性化医疗和快速检测有毒物质。这种方法在分子传感领域具有巨大的潜力，能够检测目前无法检测到的痕量分子。
