材料學院鍾敏霖教授團隊實現目前國際最高的阿摩爾每升SERS檢測極限

清華新聞網9月15日電 近日，清華大學材料學院鍾敏霖教授團隊利用超快雷射微納製造結合化學氧化方法，製備出超靈敏的表面增強拉曼散射（SERS）基底結構，實現目前國際最高的阿摩爾每升（10^-18mol/L）檢測極限。

SERS是利用金屬表面特殊納米結構的近場局域增強實現吸附分子拉曼散射信號大大增強的現象，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，甚至可以實現單分子檢測，廣泛應用於分子的標記免疫檢測、痕量探測、癌症與病毒檢測及活體檢測等領域，是一種高通量快速檢測方法。目前的挑戰是針對許多具體醫學應用，其靈敏度仍顯不足，同時存在工藝性差（價格昂貴）、均勻性、穩定性、實用性有待提高的問題，嚴重製約了SERS的實際應用。

圖1  超快雷射製備超親水-超疏水結構策略

鍾敏霖教授團隊製備出的超親/高超疏水穩定性的微納米複合結構，其超親中心區為特殊納米結構基礎上的納米星SERS增強結構，外圍為超疏水結構，利用超疏水外圍的蒸發濃縮作用使得被測物水滴濃縮到100μm×100μm的超親水區域，其濃度增加十萬倍，再利用中心的複合納米結構，實現了目前國際最高的SERS檢測極限：阿摩爾每升（10^-18mol/L），其增強因子高達1.09×10¹⁴，並具有良好的均勻性（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晶片）製備過程相對簡單可控、重複性高、可工程化批量製備，在醫學檢測（如各類癌症的早期篩查檢測）、生命科學以及各類超高靈敏度檢測領域具有極為廣泛的應用潛力。

圖2  超疏水表面的蒸發濃縮過程，濃縮產物集中在中心的超親水區域

圖3  實現阿摩爾每升（10^-18M/L）當前國際SERS檢測極限並具有良好的穩定性

相關研究成果已申請中國發明專利，學術論文「基於圖案化超親超疏局域蒸發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） 近日發表在傳感器領域的權威期刊 《傳感器和執行器：B.化學》(Sensors and Actuators: B. Chemical)上，該論文第一作者為博士研究生羅曉，通訊作者為鍾敏霖教授。

論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128826

供稿：材料學院

編輯：李華山

審核：程曦