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表面增強拉曼散射（Surface-enchanced Raman scattering，SERS）技術由于具有高靈敏度，甚至可達到單分子檢測水平，作為一種有效的分析技術已被廣泛應用于分析化學、環(huán)境監(jiān)測、生物診斷和國土安全等領域的痕量物質檢測。金屬納米顆粒團簇（二聚體，三聚體，四聚體和線性鏈）由于結構簡單，已經(jīng)成為最廣泛用于SERS增強的結構之一。當納米顆粒間隙＜10 nm時，局部電磁場會極大地增強，引起拉曼信號增強，稱為“熱點”。目前制備金屬納米團簇的方法主要有以下兩類：(1) 化學改性。在納米顆粒表面修飾生物分子或其他小分子通過自組裝形成團簇。此類方法步驟復雜，且納米顆粒表面修飾的分子可能會阻止探針分子進入“熱點”，影響SERS檢測靈敏度或對拉曼光譜有干擾。(2) 模板輔助誘導法。利用聚焦離子束、電子束光刻或者嵌段共聚物制備納米結構陣列，再將納米顆粒自組裝在陣列內部，形成團簇。此類方法制備的團簇分布均勻，但是步驟復雜、耗時長、設備昂貴、很難制備大面積的納米顆粒團簇。因此，尋找一種步驟簡單并且成本低廉的方法來制備大面積的金屬納米顆粒團簇并可用于高靈敏度的SERS檢測仍然是一個挑戰(zhàn)。
針對以上問題，華南師范大學金名亮研究員和水玲玲教授課題組通過在電偶置換反應中引入十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），在硅基表面成功制備了大面積（4英寸）的銀納米顆粒團簇SERS基底。該方法成本低廉，步驟簡單，且制備的SERS基底具有高靈敏度和較好的信號重復性。通過在反應液中引入 CTAB，一方面，CTAB可作為膠束模板，使銀納米顆粒粒徑均勻并有助于形成銀納米顆粒團簇；另一方面，在 SERS 檢測過程中，吸附在銀納米顆粒表面的 CTAB 分子可富集溶液中的探針分子，有助于進一步提高拉曼信號的增強效果。實驗結果表明，以羅丹明6G（R6G）為探針分子時，銀納米顆粒團簇SERS基底定性檢測限可達1.0×10-16 M，相對標準偏差（RSD）低至7.3%。此外，該SERS基底成功的實現(xiàn)了在水溶液中高靈敏檢測氨基酸生物小分子，有望用于實時生物分子診斷。
圖1 銀納米顆粒團簇的反應原理示意圖及SERS性能表征。
圖2 銀納米顆粒團簇SERS基底的靈敏度和重復性。（a）1.0×10-16 M R6G 在 SERS基底上的拉曼光譜。（b）1.0×10-8 - 1.0×10-16 M R6G在1650 cm-1特征峰處的拉曼強度隨R6G濃度對數(shù)變化的曲線圖。（c）1.0×10-10 M R6G在1650 cm-1特征峰處的拉曼強度分布。
圖3 8種必需氨基酸的SERS光譜。（a）1.0×10-13 M L-甲硫氨酸，（b）1.0×10-13 M L-纈氨酸，（c）1.0×10-10 M L-賴氨酸，（d）1.0×10-11 M L-異亮氨酸，（e）1.0×10-10 M L-苯丙氨酸，（f）1.0×10-11 M L-亮氨酸，（g）1.0×10-13 M L-色氨酸，（h）1.0×10-13 M L-蘇氨酸。
附錄
相關論文以“Ag Nano-Assemblies on Si Surface via CTAB-Assisted Galvanic Reaction for Sensitive and Reliable Surface-Enhanced Raman Scattering Detection”為題發(fā)表在Sensors and Actuators B: Chemical上，華南師范大學盧涵博士為文章的第一作者，華南師范大學金名亮研究員和華南師范大學水玲玲教授為共同通訊作者。
Sensors and Actuators B: Chemical 2020, 304, 127224
https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127224
本研究應用了北京卓立漢光儀器有限公司 “ Finder Insight” 科研級小型拉曼光譜儀，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢我司。
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