近日，清華大學材料學院鐘敏霖教授團隊利用超快激光微納制造結(jié)合化學氧化方法，制備出超靈敏的表面增強拉曼散射(SERS)基底結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)目前國際最高的阿摩爾每升(10^-18 mol/L)檢測極限。

SERS是利用金屬表面特殊納米結(jié)構(gòu)的近場局域增強實現(xiàn)吸附分子拉曼散射信號大大增強的現(xiàn)象，是一種具有極高靈敏度的檢查方法，能提供良好特異性的生物分子“指紋圖譜”信息，甚至可以實現(xiàn)單分子檢測，廣泛應(yīng)用于分子的標記免疫檢測、痕量探測、癌癥與病毒檢測及活體檢測等領(lǐng)域，是一種高通量快速檢測方法。目前的挑戰(zhàn)是針對許多具體醫(yī)學應(yīng)用，其靈敏度仍顯不足，同時存在工藝性差(價格昂貴)、均勻性、穩(wěn)定性、實用性有待提高的問題，嚴重制約了SERS的實際應(yīng)用。

圖1 超快激光制備超親水-超疏水結(jié)構(gòu)策略

鐘敏霖教授團隊制備出的超親/高超疏水穩(wěn)定性的微納米復合結(jié)構(gòu)，其超親中心區(qū)為特殊納米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的納米星SERS增強結(jié)構(gòu)，外圍為超疏水結(jié)構(gòu)，利用超疏水外圍的蒸發(fā)濃縮作用使得被測物水滴濃縮到100μm×100μm的超親水區(qū)域，其濃度增加十萬倍，再利用中心的復合納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了目前國際最高的SERS檢測極限：阿摩爾每升(10^-18 mol/L)，其增強因子高達1.09× 10¹⁴，并具有良好的均勻性(RSD=11.7 %)，同時解決了濃縮物目標定位的難題。該SERS基底(或稱SERS芯片)制備過程相對簡單可控、重復性高、可工程化批量制備，在醫(yī)學檢測(如各類癌癥的早期篩查檢測)、生命科學以及各類超高靈敏度檢測領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用潛力。

圖2 超疏水表面的蒸發(fā)濃縮過程，濃縮產(chǎn)物集中在中心的超親水區(qū)域

圖3 實現(xiàn)阿摩爾每升(10^-18 M/L)當前國際SERS檢測極限并具有良好的穩(wěn)定性

相關(guān)研究成果已申請中國發(fā)明專利，學術(shù)論文“基于圖案化超親超疏局域蒸發(fā)濃縮的阿摩爾拉曼光譜檢測”（Atto-Molar Raman detection on patterned superhydrophilic-superhydrophobic platform via localizable evaporation enrichment） 近日發(fā)表在傳感器領(lǐng)域的權(quán)威期刊 《傳感器和執(zhí)行器：B.化學》(Sensors and Actuators: B. Chemical)上，該論文第一作者為博士研究生羅曉，通訊作者為鐘敏霖教授。