清華大學(xué)研發(fā)突破阿摩爾每升SERS檢測(cè)極限的分子探測(cè)器

近日，清華大學(xué)材料學(xué)院鐘敏霖教授團(tuán)隊(duì)利用超快激光微納制造結(jié)合化學(xué)氧化方法，制備出超靈敏的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)基底結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)目前國際最高的阿摩爾每升(10-18mol/L)檢測(cè)極限。

SERS是利用金屬表面特殊納米結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)局域增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)吸附分子拉曼散射信號(hào)大大增強(qiáng)的現(xiàn)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(shí)現(xiàn)單分子檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于分子的標(biāo)記免疫檢測(cè)、痕量探測(cè)、癌癥與病毒檢測(cè)及活體檢測(cè)等領(lǐng)域，是一種高通量快速檢測(cè)方法。目前的挑戰(zhàn)是針對(duì)許多具體醫(yī)學(xué)應(yīng)用，其靈敏度仍顯不足，同時(shí)存在工藝性差(價(jià)格昂貴)、均勻性、穩(wěn)定性、實(shí)用性有待提高的問題，嚴(yán)重制約了SERS的實(shí)際應(yīng)用。

圖1 超快激光制備超親水-超疏水結(jié)構(gòu)策略

鐘敏霖教授團(tuán)隊(duì)制備出的超親/高超疏水穩(wěn)定性的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，其超親中心區(qū)為特殊納米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的納米星SERS增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，外圍為超疏水結(jié)構(gòu)，利用超疏水外圍的蒸發(fā)濃縮作用使得被測(cè)物水滴濃縮到100μm×100μm的超親水區(qū)域，其濃度增加十萬倍，再利用中心的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了目前國際最高的SERS檢測(cè)極限：阿摩爾每升(10-18mol/L)，其增強(qiáng)因子高達(dá)1.09×1014，并具有良好的均勻性(RSD=11.7 %)，同時(shí)解決了濃縮物目標(biāo)定位的難題。該SERS基底(或稱SERS芯片)制備過程相對(duì)簡(jiǎn)單可控、重復(fù)性高、可工程化批量制備，在醫(yī)學(xué)檢測(cè)(如各類癌癥的早期篩查檢測(cè))、生命科學(xué)以及各類超高靈敏度檢測(cè)領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用潛力。

圖2 超疏水表面的蒸發(fā)濃縮過程，濃縮產(chǎn)物集中在中心的超親水區(qū)域

圖3 實(shí)現(xiàn)阿摩爾每升(10-18M/L)當(dāng)前國際SERS檢測(cè)極限并具有良好的穩(wěn)定性