Nano Letters: 具有高灵敏性、强定量和尺寸选择检测能力的SERS器件平台

民咕咕

2020-09-05

当前，表面增强拉曼散射(SERS)传感器件的灵敏性与定量检测能力之间存在矛盾，这是因为灵敏性需要超灵敏的SERS热点（“hottest spots”，通常存在于贵金属纳米结构间< 10 nm的间隙中），处于图a中“hottest spots”区域1的单个分子贡献的SERS信号可能是其它区域（如2）的数万倍，因此该分子就会被误算为数万个分子，导致差的定量检测能力。要想完美解决该矛盾，除非能够精准的将所有待检测分子输运到具有相同“热度”的“hottest spots”区域，这显然几乎是不可能实现的。

与现在追求制备高灵敏性 富含“hottest spots” SERS器件的研究不同，浙江大学杨士宽课题组将“hottest spots”从SERS器件中移除，从而能够大幅度提高SERS器件的定量检测能力（如图b中位于点I和点II分子贡献的SERS信号差异相较于图a中的点1和点2大幅度降低）。由于“hottest spots”缺失导致的灵敏性下降将通过超滑富集表面对待检测分子浓缩富集进行弥补，即待检测液滴在超滑富集表面上挥发，待检测分子浓度逐渐提高并最终浓缩成一个小点。

本文要点

要点1. 具体来讲，通过采用近百纳米厚的含有亚纳米孔道的金属有机框架（MOF）材料包裹住金纳米棒，然后将MOF包裹的金纳米棒引入待检测溶液中，将该溶液放置于单层聚二甲基硅氧烷（PDMS）分子刷超滑表面上，随着溶液的挥发，MOF包裹金纳米棒和待检测分子将会聚集在一个很小的区域，MOF壳层避免近邻金纳米棒靠近形成“hottest spots”（图c）。

要点2. 对含有复杂成份的现实样品而言，无选择性浓缩富集会使SERS信号极其复杂，挑战SERS技术对未知成份样品的鉴别能力。MOF壳层可以发挥分子筛功能提高SERS技术对复杂样品的鉴别能力，即通过设计MOF孔道大小，仅允许感兴趣的分子和更小的分子穿过MOF壳层抵达金纳米棒表面贡献SERS信号，从而大大简化SERS谱图的复杂性。

总之，我们构建了一个兼有高灵敏性、高定量检测能力和尺寸选择性检测功能的SERS器件平台。

Shikuan Yang, et al.Quantitative and Sensitive SERS Platform with Analyte Enrichment and Filtration Function.Nano Lett. 2020

DOI:10.1021/acs.nanolett.0c02683

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02683

浙江大学杨士宽研究员为通讯作者，浙江大学丁倩倩博士后、密歇根大学王京博士后、浙江大学陈雪妍博士生为论文的共同第一作者。