高灵敏度光纤SERS探针研究取得进展

近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员毛庆和课题组与合肥研究院固体物理研究所研究员孟国文课题组合作，在高灵敏度光纤SERS探针的制备方面取得新进展：提出了一种激光诱导自组装法制备高灵敏度光纤SERS探针的新方法，制备的光纤SERS探针在多氯联苯、农药残留、生化战剂等的痕量、远程、快速检测领域展现出广泛的应用前景。相关成果以封面文章形式发表在Nanoscale上(Nanoscale 2016, 8, 10607-10614)。

(a)预先合成的银纳米立方体的TEM图；(b)激光诱导自组装法制备的光纤SERS探针表面的SEM图；(c)光纤SERS探针对p-ATP的检测灵敏度；(d)重复制备的5根光纤SERS探针的光谱重复性。

将微米尺度光纤技术与纳米尺度SERS效应相结合的光纤SERS探针具有紧凑、灵活、远程检测等优点，且因SERS敏感区均参与相互作用过程，SERS检测重复性好，近年来受到了广泛关注。通常，研究人员采用化学修饰固定法、液相合成、光诱导化学沉积等化学方法，或采用气相沉积、纳米球刻蚀、微纳加工等物理方法，将贵金属纳米结构制备在光纤表面，形成光纤SERS探针。但是，化学制备方法制备的纳米结构多为贵金属纳米颗粒岛膜，SERS增强因子相对较弱（约为104量级）；而物理方法制备的探针虽然SERS增强因子较大（106-108量级），但制备设备昂贵，制备过程复杂、耗时且难以满足批量制备的实用需求。于是，发展新型光纤SERS探针制备方法一直是该领域的研究热点，也是推动光纤SERS探针实用化进程的关键。

针对上述问题，两个课题组尝试了大量制备方案，最终提出了一种简单、低成本的激光诱导自组装法，实现了高灵敏度光纤SERS探针的快速、重复制备。该新型制备方法通过将光纤从预先制备好的纳米颗粒溶胶中提升至液面附近形成特定的弯液面结构，在诱导激光辐照下，弯液面处贵金属纳米颗粒的热效应与纳米颗粒之间的电磁相互作用，将使得纳米颗粒自组装在光纤端面上，并形成团簇结构，从而极大增强局域场。采用该方法制备出的光纤SERS探针，展现出了极高的检测灵敏度和优良的检测重复性：利用便携式拉曼光谱仪，在2s积分时间下，实现10-10M的 p-ATP高灵敏度SERS检测；SERS光谱检测重复性：相对标准差RSD<2.8%，探针制备重复性：RSD<7.8%。这种灵敏度高、重复性好的光纤SERS探针在环境污染物远程/现场检测、生物医学活体分析、化学反应过程实时监测乃至某些定量检测领域都具有潜在的应用前景。相关研究结果已经申请了国家发明专利，并以封面文章形式发表在最近一期的Nanoscale 期刊上。据该论文第一作者刘晔博士介绍，他们目前正基于这种新型探针技术发展一种便携式SERS分析仪器。

该研究工作得到国家重大科学研究计划项目和国家自然科学基金等项目的资助。