学习自然: 基于仿生莲蓬结构的高性能SERS基底

表面增强拉曼散射光谱(SERS)是一种可以提供被测物组分和分子结构信息的超灵敏检测技术。SERS中信号的增强主要来自于光与基底之间的电磁作用,这种作用会通过等离子体共振激发使得电磁场得到极大的增强。电磁场会局域于基底上小于10 nm的间隙以及锐利的尖端,一旦目标分子落于这些热点,它们的拉曼散射信号会被极大的增强。

高灵敏度和高重复性是SERS检测技术中最重要的两个性能指标。金属纳米颗粒的胶状悬浮液具有非常高的检测灵敏度,甚至可以达到单分子检测的要求,但是纳米颗粒的团聚会造成检测结果的不可重复性。因此,组装具有均匀和稳定分布的低于10 nm间隙的SERS结构具有重要意义。

近期,中国科学院理化技术研究所贺军辉课题组受自然界莲蓬结构的启发,设计了一种新颖的仿生莲蓬结构SERS基底。该基底具有可控的纳米间隙,有限时域差分计算(FDTD)证实均匀分布的小于10 nm的环状间隙显著增强了局域电磁场。该基底对于罗丹明6G的检测限达到了10-12 M并且相对标准偏差为4.1%-8.0%。罗丹明6G的拉曼信号强度与其浓度具有良好的线性关系,所以该SERS基底可用于定量拉曼检测。更为重要的是,该基底可用于类蛋白-β寡聚物的检测,因此在阿尔兹海默症早期检测方面具有应用前景。

该工作为制备高性能SERS基底提供了新思路,也向SERS基底的实际应用迈出了坚实的一步。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: adom.201800056)上,第一作者为理化所博士研究生金斌斌。