合肥研究院在高靈敏度光纖SERS探針研究中取得進(jìn)展

　　近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員毛慶和課題組與合肥研究院固體物理研究所研究員孟國(guó)文課題組合作，在高靈敏度光纖SERS探針的制備方面取得新進(jìn)展：提出了一種激光誘導(dǎo)自組裝法制備高靈敏度光纖SERS探針的新方法，制備的光纖SERS探針在多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥殘留、生化戰(zhàn)劑等的痕量、遠(yuǎn)程、快速檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。相關(guān)成果以封面文章形式發(fā)表在Nanoscale上(Nanoscale 2016, 8, 10607-10614)。

　　將微米尺度光纖技術(shù)與納米尺度SERS效應(yīng)相結(jié)合的光纖SERS探針具有緊湊、靈活、遠(yuǎn)程檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，且因SERS敏感區(qū)均參與相互作用過(guò)程，SERS檢測(cè)重復(fù)性好，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。通常，研究人員采用化學(xué)修飾固定法、液相合成、光誘導(dǎo)化學(xué)沉積等化學(xué)方法，或采用氣相沉積、納米球刻蝕、微納加工等物理方法，將貴金屬納米結(jié)構(gòu)制備在光纖表面，形成光纖SERS探針。但是，化學(xué)制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)多為貴金屬納米顆粒島膜，SERS增強(qiáng)因子相對(duì)較弱（約為104量級(jí)）；而物理方法制備的探針雖然SERS增強(qiáng)因子較大（106-108量級(jí)），但制備設(shè)備昂貴，制備過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)且難以滿足批量制備的實(shí)用需求。于是，發(fā)展新型光纖SERS探針制備方法一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是推動(dòng)光纖SERS探針實(shí)用化進(jìn)程的關(guān)鍵。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，兩個(gè)課題組嘗試了大量制備方案，最終提出了一種簡(jiǎn)單、低成本的激光誘導(dǎo)自組裝法，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度光纖SERS探針的快速、重復(fù)制備。該新型制備方法通過(guò)將光纖從預(yù)先制備好的納米顆粒溶膠中提升至液面附近形成特定的彎液面結(jié)構(gòu)，在誘導(dǎo)激光輻照下，彎液面處貴金屬納米顆粒的熱效應(yīng)與納米顆粒之間的電磁相互作用，將使得納米顆粒自組裝在光纖端面上，并形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，從而極大增強(qiáng)局域場(chǎng)。采用該方法制備出的光纖SERS探針，展現(xiàn)出了極高的檢測(cè)靈敏度和優(yōu)良的檢測(cè)重復(fù)性：利用便攜式拉曼光譜儀，在2s積分時(shí)間下，實(shí)現(xiàn)10-10M的 p-ATP高靈敏度SERS檢測(cè)；SERS光譜檢測(cè)重復(fù)性：相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差RSD<2.8%，探針制備重復(fù)性：RSD<7.8%。這種靈敏度高、重復(fù)性好的光纖SERS探針在環(huán)境污染物遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)活體分析、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)乃至某些定量檢測(cè)領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，并以封面文章形式發(fā)表在最近一期的Nanoscale 期刊上。據(jù)該論文第一作者劉曄博士介紹，他們目前正基于這種新型探針技術(shù)發(fā)展一種便攜式SERS分析儀器。

　　該研究工作得到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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