多相和多成分超灵敏表面增强拉曼散射(SERS)检测平台

１２月30日在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表的题目为《常规溶液中超灵敏SERS检测》(“UltrasensitiveSurface Enhanced Raman Scattering Detection in Common Fluids”  http://www.pnas.org/content/113/2/268.abstract)介绍了一个由宾夕法尼亚州立大学研究人员研发，功能强大的SERS平台。此平台能够实现在水溶液、有机溶剂，以及生物体液中单分子水平的SERS检测。此外，通过利用合适的液体作为“捕获”溶剂，此平台能够对分散在气相或者粘附到固态颗粒上的特定分子实现超灵敏检测。这个新的检测系统将在分析化学，分子水平疾病检测，环境污染检测和国防领域具有重要的应用前景。

SERS是一种强大的高灵敏检测技术，加之它能够提供待检测分子的具体信息（特异性），在众多领域有潜在的应用。优良的SERS衬底需要有十分粗糙的表面，或者是有很多纳米尺度的间隙，因为这些粗糙的表面和纳米尺度的间隙在激光的照射下能够产生很强的局域电磁场（ SERS “hot spots”），当分子位于这些“hot spots” 附近时，就能发射出很强的SERS信号。已经有很多的研究通过可控纳米合成的手段来制备具有高灵敏性的SERS衬底。然而，如何把待检测分子输送到这些“hotspots” 附近这个难题始终没有被理想的解决。在待检测分子浓度很低时，这个难题变得尤为突出。

宾夕法尼亚州立大学的杨士宽博士和黄得胜教授等通过利用猪笼草启发的超润滑表面（SLIPS, Nature, 2011, 477, 443）结合SERS，发展了一个SLIPSERS平台，成功的克服了上述难题。当包含有少量金纳米颗粒的被检测液体在SLIPSERS平台挥发时，液滴可以自由的收缩，最后金的纳米颗粒和溶液中的待检测分子会浓缩成微米尺度大小的团聚体，成功完成了高性能SERS衬底的合成以及把待检测分子运输到“hot spots”两个任务。SLIPSERS平台可以实现对小到亚纳米量级的分子和离子，大到数个微米的颗粒的高效率浓缩，浓缩效率接近100%。由于SLIPS能够排斥几乎所有的液体，因此SLIPSERS可以应用于几乎所有的溶剂(溶剂普适性)，特别是包括能够污染传统超疏水表面的有机溶剂和生物体液。在溶剂普适性和浓缩效率上，SLIPSERS平台比迄今为止任何平台都要优越很多，因此SLIPSERS平台对染料分子罗丹明6G的检测限可以达到阿摩尔量级（10^-18摩尔/升）。研究人员利用SLIPSERS实现了DNA、蛋白质和塑化剂的亚飞摩尔（10^-15摩尔/升）检测。因此，SLIPSERS在分析化学、生命科学和食品安全领域将具有重要的应用前景。

更为重要的是，这个溶剂普适性为SLIPSERS对在气相和固相中的分子检测提供了可能。譬如，分散在气相的特定分子可以通过选择易于捕获这些分子的溶剂，然后利用SLIPSERS进行检测，有望应用于对爆炸物和空气中的污染物的检测。此外，通过选择合适的溶剂，吸附在固体颗粒上的分子能够被“剥离”到溶剂中，进而利用SLIPSERS实现高灵敏检测，此在土壤污染物检测中至关重要。研究人员利用SLIPSERS平台初步实现了对痕量多氯联苯污染的土壤的分析。

总之，SLIPSERS平台可以实现多相、多重、超灵敏的定量检测，检测限可以达到单分子水平，进一步促进了SERS技术在实际中的应用。未来研究将聚焦在利用SLIPSERS平台对特定疾病标志物（biomarker）的痕量检测上，以期实现对重大疾病的早期诊断。

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