蘇州醫(yī)工所：高靈敏增強(qiáng)拉曼傳感技術(shù)研究

2022.4.28

　　高靈敏微量氣體傳感在環(huán)境污染研究、人體揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）檢測中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。迄今為止，已有多種分析技術(shù)用于氣體檢測，但多存在成本高、操作復(fù)雜、分析過程耗時(shí)等缺點(diǎn)。表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）作為有力的痕量分子檢測工具，可利用基底的表面等離子體共振和電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)大幅增強(qiáng)目標(biāo)分子的拉曼散射信號，具有高靈敏、簡單、快捷、無損和特異指紋識別的特點(diǎn)，在氣體傳感領(lǐng)域具有優(yōu)勢。

　　近日，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所研究員張志強(qiáng)與博士研究生孫姣姣，開發(fā)出一種具有超高靈敏性的三維玫瑰花枝狀SERS基底（BigAuNP/Au/ZnO/P）。本研究中，科研人員以化學(xué)生長與微納加工相結(jié)合的方式，在聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上制備了納米氧化鋅（ZnO）-金（Au）三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其增強(qiáng)原理在于相鄰納米棒表面的金納米顆粒（AuNPs）、同一納米棒表面的相鄰AuNPs、金層與AuNPs的結(jié)合點(diǎn)三處“熱點(diǎn)”區(qū)域共同提高了電磁增強(qiáng)效應(yīng)，Au和ZnO之間的電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生高密度電荷，形成內(nèi)部電場，激發(fā)了ZnO納米棒的化學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)。

　　該SERS基底對對巰基苯甲酸（p-MBA）分子的檢測限為10-13 M，其增強(qiáng)因子高達(dá)2.27×107，并具有良好的均一性和可重復(fù)性（RSD < 4%）。此外，PVDF膜具有多孔特性，可采用過濾式檢測程序提高目標(biāo)分析物與SERS“熱點(diǎn)”的碰撞效率，有利于氣體分子的高效富集。

　　科研人員以腐胺和尸胺兩種揮發(fā)性有機(jī)氣體為例，驗(yàn)證了該三維柔性SERS基底在氣體傳感中的檢測性能。通過在SERS基底上修飾p-MBA傳感單分子層，利用酰胺反應(yīng)選擇性地捕獲腐胺和尸胺，實(shí)現(xiàn)了低濃度氣體分子的高靈敏定量檢測（腐胺檢測限：1.26×10-9 M，尸胺檢測限：2.5×10-9 M），比同類研究報(bào)道的檢出限高出2-3個(gè)數(shù)量級，證明了該SERS傳感器在實(shí)際氣體傳感中的應(yīng)用潛力。

　　鑒于該三維柔性SERS基底的多孔特性和優(yōu)異的增強(qiáng)性能，將其與微流體裝置和便攜式拉曼光譜儀集成，搭建SERS快速檢測系統(tǒng)，有望實(shí)現(xiàn)氣溶膠中細(xì)菌、病毒和污染物的高效捕獲與富集，發(fā)揮該三維基底在氣溶膠的高靈敏檢測領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。

　　相關(guān)研究成果以Ultrasensitive SERS analysis of liquid and gaseous putrescine and cadaverine by a 3D-rosettelike nanostructure-decorated flexible porous substrate為題，發(fā)表在Analytical Chemistry上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)產(chǎn)業(yè)前瞻項(xiàng)目、中科院科研儀器裝備研制項(xiàng)目等的支持。

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