3D液滴微反应器用于手持拉曼光谱仪进行定量SERS检测

定量测量是表面增强拉曼光谱（SERS）的终极目标之一，但在控制热点的均匀性和将目标分子置于热点空间中存在困难。中科院合肥物质研究院健康与医疗技术研究所、合肥肿瘤医院 Pan Li教授、HongZhi Wang教授、Liangbao Yang 教授等证明了一种方便的三相平衡控制三维（3D）热点液滴收缩的方法，用于使用手持拉曼光谱仪定量检测血清中的抗癌药物 5-氟尿嘧啶（5-FU）。在添加负离子和丙酮后，水性纳米颗粒 (NP) 胶体与不混溶的油氯仿 (CHCl₃) 摇晃引发液滴收缩，不仅使纳米颗粒靠近，而且还可以充当微反应器以增强空间富集分析物在等离子位点的能力，从而实现同时控制 3D 热点和将目标分子放置在热点中。此外，使用高速相机、原位透射电子显微镜（原位 TEM）和暗场显微镜（DFM）研究了银胶体液滴的收缩过程，证明了纳米粒子在液滴中的稳定性和均匀性。缩小的 Ag NP 液滴在 50-1000 ppb 的大范围内对 5-FU 的定量分析表现出出色的 SERS 灵敏度和重现性。因此，它有望用于复杂系统的定量分析和生物反应的长期监测。

表面增强拉曼光谱 (SERS) 因其提供超灵敏检测和指纹信息的优势而被广泛应用于各个领域。 众所周知，SERS 的信号放大主要来自与金属纳米结构相关的表面等离子共振 (SPR) 引起的巨大电磁增强，也称为等离子“热点”，其中只有热点内的分子 可以显着放大。 理想的 SERS 纳米结构应具备为传感应用提供高信号增强和产生均匀响应的能力。 然而，由于活性纳米结构上 SERS 增强的重现性差和分布广泛，定量 SERS 测量仍然面临挑战。

为了实现可靠的定量 SERS 检测，需要解决制造均匀 SERS 基底和将目标分子置于热点中的两个主要挑战。 SERS检测的典型模式包括固体纳米阵列和胶体聚集测量，但少数基板可以同时实现控制热点的均匀性和将分子置于制造的热点中。 通过固体纳米阵列方法，制造均匀纳米级热点的不同尝试，例如使用不同的封端剂，嵌段共聚物自组装，或对流自组装，但是由于咖啡环效应，干燥固体纳米阵列基底上的分析物液滴可能会产生不均匀的分子吸附。 此外，整个基底上只有一小部分有效的热点位置，从而导致信号均匀性变差。对于具有大量热点的基于胶体聚集体的 SERS 方法，离子强度降低导致纳米粒子的快速聚集可能导致纳米粒子对分子的吸附较弱，从而导致分子可及性差和灵敏度差。因此，制造均匀的纳米结构热点和将分子高效定位到等离子体热点位点是 SERS 定量分析的主要目标。

与传统的固体纳米阵列和胶体聚集 SERS 测量相比，具有可变性和多功能性的液-液界面组装方法可以为二维 (2D)和三维 (3D) 纳米颗粒阵列的制备提供有效途径。更重要的是，它可以实现分析物在等离子体热点中定位的可行性。 尽管如此，界面 SERS 平台仍存在激光共焦体积利用不足和对热刺激的潜在敏感性以及物理搅拌下的信号波动导致 SERS 信号不稳定的困难。

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文章题目：Controlling the Shrinkage of 3D Hot Spot Droplets as a Microreactor for Quantitative SERS Detection of Anticancer Drugs in Serum Using a Handheld Raman Spectrometer

作者：Guoliang Zhou, Pan Li,* Meihong Ge, Junping Wang, Siyu Chen, Yuman Nie, Yaoxiong Wang, Miao Qin, Guangyao Huang, Dongyue Lin, Hongzhi Wang,* and Liangbao Yang*

Citas: Anal. Chem. 2022, 94, 4831−4840