用于非接触式分子检测的表层增强拉曼散射（SLERS）技术开发

　　随着医学诊断无损化的不断发展，体外诊断由于其无创性、无痛性、便捷性等优点，在临床疾病早期诊断与大规模筛查方面具有极高的潜力，受到越来越多的关注。因此，基于新原理、新方法和新材料，发展适用于在生理环境中检测与人体健康相关的疾病化学信息是现代分析化学研究的主题和热点，能够更好地对疾病和身体状况进行监测和检查，对重大疾病起到预警和预防的作用，符合国民经济社会发展的重大需求。

　　表面增强拉曼散射（SERS）是重要的具有非破坏性和高灵敏度的表征分子振动信息的光谱技术。SERS的多重检测能力、不受水干扰及其好的光学稳定性使其广泛应用于化学、生物分析、细胞和活体生物成像及环境检测等领域。然而，拉曼信号的增强依赖于等离子体纳米结构的表面电场增强效应，在普遍的空气介质中，等离子体结构的表面电场强度沿着空气介质方向延伸会迅速衰减，这需要检测分子或分析物吸附于等离子体结构表面，才能有效检测到分析物的拉曼信号，使得增强信号仅在活性表面产生，限制了SERS的三维深层分析和疾病相关信息分子的检测能力。 

　　中科院化学所王铁研究员团队利用自组装结构中纳米粒子与表面介电层的协同效应，构建了表面覆盖甲胺铅溴钙钛矿层的多边形金纳米棒阵列系统，这个阵列系统可以提供均匀的和高密度的SERS热点平台，以及减弱等离子体共振沿Z方向的电场强度衰减，延长拉曼探测深度和实现分析物与等离子体之间非接触式拉曼信号检测。这个成果研制在三维深层分析表层拉曼散射的增强，从纳米组装材料的合成制备，到复合体系传感阵列新方法、新技术的提出与实施，具有较完整的分析检测体系，特色突出，具有较好的实用价值和产业化潜力，可以用于未来开发相应的医疗检测传感器件。研究成果对于拉曼检测技术方法的拓展，将有效拓宽拉曼传感器的广泛应用，对全民医疗体系的建立提供有力的技术支持。 

　　本研究利用北京同步辐射装置1W2A-小角X射线散射实验站精确求解金纳米棒组装体阵列的超结构信息，为研究组装体结构与等离子体拉曼信号增强效果之间的关系提供了可靠依据。金纳米棒组装结构的电镜图已经显示了其在二维平面上的有序聚集性，通过同步辐射小角散射测试进一步分析，得到组装阵列由平行于纳米棒长轴方向的一维层状超结构（层状结构周期为110.1 ± 0.5 nm）和垂直于纳米棒长轴方向的二维六方超结构（六方晶格结构单胞常数为65.3 ± 0.4 nm）组成，分析得到组装阵列邻近纳米棒边与边之间最小距离为3.3 nm，阵列结构中等离子体边与边之间的密堆积间距使得纳米粒子组装体表现出有效的电场热点增强效果。此外，同步辐射小角散射分析也暗含了纳米棒组装阵列多层装结构上边与边之间具有拉曼热点增强效果。相关研究成果近期发表于《先进材料》上（Adv. Mater. 2019, 31, 1804275）。

图：金纳米棒组装阵列（a-c），同步辐射小角散射分析（d, e），组装结构上表面介电层制备（f, g）及拉曼散射增强三维效果图（h）。