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近期，安徽光機(jī)所毛慶和研究員課題組與固體物理所孟國(guó)文研究員課題組合作，在高靈敏度光纖SERS探針的制備方面取得新進(jìn)展：提出了一種激光誘導(dǎo)自組裝法制備高靈敏度光纖SERS探針的新方法，制備的光纖SERS探針在多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥殘留、生化戰(zhàn)劑等的痕量、遠(yuǎn)程、快速檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。相關(guān)成果以封面文章形式發(fā)表在Nanoscale上(Nanoscale 2016, 8, 10607-10614)。
將微米尺度光纖技術(shù)與納米尺度SERS效應(yīng)相結(jié)合的光纖SERS探針具有緊湊、靈活、遠(yuǎn)程檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，且因SERS敏感區(qū)均參與相互作用過(guò)程，SERS檢測(cè)重復(fù)性好，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。通常，研究人員采用化學(xué)修飾固定法、液相合成、光誘導(dǎo)化學(xué)沉積等化學(xué)方法，或采用氣相沉積、納米球刻蝕、微納加工等物理方法，將貴金屬納米結(jié)構(gòu)制備在光纖表面，形成光纖SERS探針。但是，化學(xué)制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)多為貴金屬納米顆粒島膜，SERS增強(qiáng)因子相對(duì)較弱（約為104量級(jí)）；而物理方法制備的探針雖然SERS增強(qiáng)因子較大（106-108量級(jí)），但制備設(shè)備昂貴，制備過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)且難以滿足批量制備的實(shí)用需求。于是，發(fā)展新型光纖SERS探針制備方法一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是推動(dòng)光纖SERS探針實(shí)用化進(jìn)程的關(guān)鍵。
針對(duì)上述問(wèn)題，兩個(gè)課題組嘗試了大量制備方案，最終提出了一種簡(jiǎn)單、低成本的激光誘導(dǎo)自組裝法，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度光纖SERS探針的快速、重復(fù)制備。該新型制備方法通過(guò)將光纖從預(yù)先制備好的納米顆粒溶膠中提升至液面附近形成特定的彎液面結(jié)構(gòu)，在誘導(dǎo)激光輻照下，彎液面處貴金屬納米顆粒的熱效應(yīng)與納米顆粒之間的電磁相互作用，將使得納米顆粒自組裝在光纖端面上，并形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，從而極大增強(qiáng)局域場(chǎng)。采用該方法制備出的光纖SERS探針，展現(xiàn)出了極高的檢測(cè)靈敏度和優(yōu)良的檢測(cè)重復(fù)性：利用便攜式拉曼光譜儀，在2s積分時(shí)間下，實(shí)現(xiàn)10-10M的 p-ATP高靈敏度SERS檢測(cè)；SERS光譜檢測(cè)重復(fù)性：相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差RSD<2.8%，探針制備重復(fù)性：RSD<7.8%。這種靈敏度高、重復(fù)性好的光纖SERS探針在環(huán)境污染物遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)活體分析、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)乃至某些定量檢測(cè)領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，并以封面文章形式發(fā)表在最近一期的Nanoscale期刊上。據(jù)該論文第一作者劉曄博士介紹，他們目前正基于這種新型探針技術(shù)發(fā)展一種便攜式SERS分析儀器。
該研究工作得到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/nr/c5nr06773a
(a)預(yù)先合成的銀納米立方體的TEM圖；
(b)激光誘導(dǎo)自組裝法制備的光纖SERS探針表面的SEM圖；
(c)光纖SERS探針對(duì)p-ATP的檢測(cè)靈敏度；
(d)重復(fù)制備的5根光纖SERS探針的光譜重復(fù)性。
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