高灵敏增强拉曼传感技术的研究进展

灵敏的痕量气体传感在环境污染研究和检测人体内挥发性有机化合物方面具有重要的现实意义。迄今为止，已有许多分析技术用于气体检测，但其中许多技术存在成本高、操作复杂和分析过程耗时的缺点。表面增强拉曼散射(SERS)作为痕量分子检测的有力工具，利用基底的表面等离子体共振和电荷转移效应，可以大大增强目标分子的拉曼散射信号。它具有灵敏度高、简单、快速、无损和指纹识别专一的特点，在气体传感领域具有优势。

近日，中科院苏州生物医学工程技术研究所研究员张志强和博士生孙娇娇研制出超高灵敏度的三维SERS基底(BigAuNP/Au/ZnO/P)。在这项研究中，研究人员通过化学生长和微纳加工相结合的方法，在聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜上制备了纳米氧化锌(ZnO)-金(Au)三维异质结构。增强原理是相邻纳米棒表面的金纳米粒子(AuNPs)、同一纳米棒表面的相邻AuNPs以及金层与AuNPs的结共同提高电磁增强效果，以及Au与ZnO的关系。

对巯基苯甲酸(p-MBA)在SERS基质上的检出限为10-13 M，增强因子高达2.27107，具有良好的均匀性和重复性(RSD为4%)。此外，PVDF膜具有多孔特性，利用过滤检测方案可以提高目标分析物与SERS热点的碰撞效率，有利于气体分子的高效富集。

研究人员以腐胺和尸胺为例，验证了三维柔性SERS基底在气体传感中的检测性能。通过在SERS基底上修饰p-MBA传感器单层，利用酰胺反应选择性捕获腐胺和尸胺，实现了低浓度气体分子的高灵敏定量检测(腐胺检测限：1.26 10-9 M，尸胺检测限：2.5 10-9 M)，比同类研究报道的检测限高出2-3个数量级，证明了这种SERS传感器在实际气体传感中的应用潜力。

鉴于三维柔性SERS基底的多孔特性和优异的增强性能，将其与微流控器件和便携式拉曼光谱仪集成，有望实现气溶胶中细菌、病毒和污染物的高效捕获和富集，充分发挥三维基底在气溶胶高灵敏检测领域的技术优势。

相关研究成果发表在《分析化学》杂志上，标题为“通过3d-玫瑰花结状纳米结构修饰的柔性多孔基底对液体和胃腐胺和尸胺进行超灵敏SERS分析”。该研究得到了国家重点科研项目的支持。江苏省d产业展望项目、中国科学院科研仪器设备发展项目等。

基于三维玫瑰枝晶的SERS传感基底构建方法及有机气体分子检测策略