分子傳感器件能在復(fù)雜的液相環(huán)境中特異性檢測(cè)極其微量的疾病標(biāo)志物、有毒有害、易燃易爆物質(zhì)等，在生命健康、生態(tài)環(huán)境、國防安全等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。理想的分子傳感器件需要具有高靈敏性、強(qiáng)特異性、生物兼容性、多重檢測(cè)能力等。表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）能夠反映分子的結(jié)構(gòu)信息，具有天然的特異性檢測(cè)能力，具有窄譜峰帶來的多重檢測(cè)能力，具有對(duì)水不敏感帶來的生物兼容性，是一類重要的分子傳感技術(shù)。SERS傳感器件的靈敏性主要源于“熱點(diǎn)”，通常位于< 10 nm貴金屬微納結(jié)構(gòu)的間隙區(qū)域。當(dāng)待測(cè)分子恰好位于“熱點(diǎn)”位置時(shí)，甚至可以實(shí)現(xiàn)單分子檢測(cè)。經(jīng)過幾十年的研究，富含高密度“熱點(diǎn)”的SERS器件合成已不是難題。然而，如何將微量的待測(cè)分子從極稀溶液中富集并輸運(yùn)到SERS“熱點(diǎn)”位置仍是個(gè)重要的挑戰(zhàn)。
前期，浙江大學(xué)楊士寬研究員團(tuán)隊(duì)通過將能夠排斥任何液體的潤滑液浸漬表面（SLIPS）引入到SERS器件中，構(gòu)建了SLIPSERS集成式納米傳感器件平臺(tái)，在溶劑揮發(fā)的過程中，實(shí)現(xiàn)了待測(cè)分子的高效濃縮富集和超靈敏SERS檢測(cè)（PNAS，2016，113, 268-273；他引500余次）；將聚二甲基硅氧烷（PDMS）單層分子刷超滑表面和金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)引入SERS傳感器件中，實(shí)現(xiàn)了待測(cè)分子的高效濃縮富集和尺寸選擇性SERS檢測(cè)（Nano Letters, 2021, 20, 7304-7312；他引150余次）；將超聲懸浮技術(shù)引入到SERS傳感器件中，在聲懸浮液滴揮發(fā)的過程中，首次實(shí)現(xiàn)了待測(cè)分子的無損濃縮富集20000倍以上，使SERS檢測(cè)限提升了四個(gè)數(shù)量級(jí)（Nature Communications 2022, 13, 7807）。
金納米顆粒膜是一類典型的SERS襯底，當(dāng)液體樣品揮發(fā)后，待測(cè)分子會(huì)在顆粒膜表面形成厘米尺度的“咖啡環(huán)”。但SERS檢測(cè)用激光光斑僅有亞毫米大小，因此如何將待測(cè)分子濃縮富集到亞毫米區(qū)域是亟待解決的科學(xué)問題。最近，浙江大學(xué)楊士寬研究員團(tuán)隊(duì)與浙一附院阮健醫(yī)生合作，發(fā)展了一種賦予金納米顆粒膜超滑不沾特性的新技術(shù)，解決了金納米顆粒膜上形成“咖啡環(huán)”的問題，使金納米顆粒膜SERS襯底具有了分子濃縮富集功能，大幅提升了SERS檢測(cè)的靈敏性。
實(shí)現(xiàn)表明，金納米顆粒膜使其上金納米顆粒團(tuán)聚體的SERS靈敏性提升了10.5倍，能夠?qū)崿F(xiàn)水和酒精中亞pM濃度化學(xué)分子的SERS檢測(cè)，以及兩種分子的同時(shí)SERS檢測(cè)（圖2）。
圖2. a-c, FDTD模擬結(jié)果。d, 不同結(jié)構(gòu)的SERS性能。e 和 f, 水和酒精中CV分子的檢測(cè)。g, SERS峰強(qiáng)與待測(cè)分子濃度關(guān)系。h, 超滑金納米顆粒膜表面濃縮富集SERS檢測(cè)示意圖。i 和 j, 酒精中MATT和R6G分子檢測(cè)。k, MATT和R6G分子的同時(shí)SERS檢測(cè)。
上述成果于7月11日發(fā)表在Nano Letters雜志上。博士生陳雪妍為論文第一作者。
論文信息：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02238
Slippery Au Nanosphere Monolayers with Analyte Enrichment and SERS Enhancement Functions
Xueyan Chen, Aoran Cui, Mengye He, Mi Yan, Xiaochen Zhang, Jian Ruan*, Shikuan Yang*
Nano Letters, 2023, online. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02238
