拉曼增强

仪器信息网讯 无论是国际拉曼大会、第十八届全国分子光谱学学术会议，还是第三届国际拉曼前沿技术高端论坛，拉曼增强(SERS&TERS)都是“炙手可热”的话题。 　　从第三届国际拉曼前沿技术高端论坛（HORIBA科学仪器事业部与厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室共同主办）中获悉，从1974年，有关拉曼增强的第一篇文章开始，SERS基底和方法的研究经历了四十多年的发展历程，目前已经成为拉曼光谱最热门的研究领域。去年8月份，以“SERS”或者“surface enhanced Raman”为关键词搜索，每年的文章达2000多篇，特别是2000年以后，增长速度明显加快。 　　但就本次会议来说，第一天的会议主题就聚焦SERS&TERS的技术进展。其中，田中群院士在报告中介绍到，现在拉曼在基础研究方面取得了很大的进展，比如单分子成像、亚纳米空间分辨率、飞秒时间分辨等，但是在实际应用中还有不少短板，如复杂体系中的超痕量物质分析、分子之间弱的相互作用等。当然，SERS的引入和方法的开发解决了部分问题，但是目前，如何将SERS用于实际研究并推向市场也面临着一些问题，如基底和材料形貌的普遍性等。 　　此外，厦门大学任斌教授、关西学院大学(Kwansei Gakuin University) Yukihiro Ozaki教授、韩国化学研究所(Korea Research Institute of Chemical Technology ，KRICT) Yung Doug Suh博士、华东理工大学龙亿涛教授、吉林大学徐抒平教授、北京大学黄岩谊教授、中国科学技术大学董振超教授也分别介绍了各自课题组在拉曼增强研究领域中的最新进展及面临的挑战等。 　　相关内容见资讯：第三届国际拉曼前沿技术高端论坛在厦门召开。 　　此外，在海报展区我们也可以发现，30个展板中有一半以上都涉及到了拉曼增强的研究。而且最后评出的三个“优秀海报奖”的论文内容也全部是有关SERS体系的研究。 颁奖现场 　　获奖名单 　　第一名 　　姓名：梁丽佳 　　单位：吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室 　　题目：In situ SERS spectroscopy explored molecular changes of intranuclear. 　　第二名 　　姓名：龙婧 　　单位：上海交通大学密西根学院 　　题目：Reproducible 1010 electromagnetic SERS enhancement in gold nanosphere-plane junctions under radially polarized laser focusing excitation. 　　第三名 　　姓名：单洁洁 　　单位：厦门大学化学化工学院化学系 　　题目：Mushroom array with sub-10nm gaps:A Novel SERS Substrate. 　　关于第三届国际拉曼前沿技术高端论坛(RamanFest) 　　每年一届的RamanFest由HORIBA科学仪器事业部主办，旨在为拉曼领域的广大学者与研究者提供一个共同探讨新技术及应用的交流平台。前两届分别在法国里尔科技大学、美国哈佛大学举办，2015年，第三届RamanFest来到了厦门大学，主题为SERS/TERS新技术及拉曼光谱在生命科学、材料科学中的热点应用等。

近日，中国科学技术大学董振超研究小组在探究针尖增强单分子拉曼光谱的化学增强与猝灭机制方面取得新进展。相关成果以“Chemical Enhancement and Quenching in Single-Molecule Tip-Enhanced Raman Spectroscopy”为题作为热点文章发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。 　　表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Ramanspectroscopy, SERS)具有显著的信号增强特性，能够在单分子尺度提供目标材料丰富的化学指纹信息，因此被广泛应用于物理、化学、材料、生物等领域的物种识别与结构研究。SERS增强机制通常分为两种：局域等离激元场激发产生的物理增强以及分子–金属之间电荷转移诱导的化学增强。物理增强在SERS信号增强中起主导作用，对其电磁场物理增强图像的理解已经比较透彻。化学增强不仅能在物理增强的基础上进一步增强分子拉曼信号，而且往往会对谱型产生影响。然而，尽管经过近半个世纪的大量SERS研究，化学效应对拉曼信号的具体影响机制仍然不够清晰。这主要是因为化学机制比较复杂，跟单个分子与金属表面之间的局域相互作用密切相关，而且其贡献相对较小，并常常与物理增强效应共存，难以分割和评估。存在这些困难在一定程度上是因为SERS技术难以对这种局域相互作用进行精准表征和控制。因此，迫切需要开展局域环境清晰明确的单分子拉曼实验，以便精确调控单个分子的局域化学环境，深入研究化学效应对拉曼信号的影响。 　　2013年，董振超研究小组首次在超高真空和液氮温度下展示了亚纳米分辨的单分子拉曼成像技术[Nature 498, 82 (2013)]，通过针尖局域电磁场调控将具有化学识别能力的光学成像空间分辨率提高到了一个纳米以下(~0.5nm)。这一结果在一定程度上颠覆了当时人们对于光学成像分辨率和光场限域性的固有认知，极大推动了针尖增强技术和相关纳米光子学领域的发展。在此基础上，2019年，该研究小组通过发展液氦条件下工作的低温超高真空针尖增强拉曼光谱(tip-enhanced Ramanspectroscopy, TERS)系统，进一步对针尖尖端高度局域的等离激元场进行精细调控，将空间分辨率提高到了1.5 Å的单个化学键识别水平，并基于这项技术提出了一种重构分子化学结构的新方法¾埃级分辨的扫描拉曼显微术[National Science Review 6, 1169−1175 (2019)]。 　　最近，为了深入探究化学效应对拉曼信号的影响机制，该研究小组利用所发展的高分辨TERS技术，通过精心设计和构建四种不同的清晰明确的单分子局域接触环境(图1)，探究了单个ZnPc酞菁分子在不同接触环境下的拉曼响应，并结合理论计算揭示了基态电荷转移引起的TERS增强以及界面动态电荷转移诱导的拉曼猝灭的新机制(图2)。图1.单分子TERS实验示意图和四种不同的分子局域接触环境。图2.基态电荷转移引起的TERS增强与界面动态电荷转移诱导猝灭效应。他们发现，当针尖与氯化钠表面单个平面型ZnPc分子进行“弱”的点接触时，TERS信号会被显著增强，与此同时，针尖增强光致荧光(tip-enhanced photoluminescence, TEPL)信号迅速猝灭。TERS和TEPL信号演化表明针尖与分子之间的接触产生了化学相互作用。他们对此提出一种新的物理化学联合作用机制，即针尖与分子的点接触会产生基态电荷转移过程，在与表面垂直的方向上诱导出可观的拉曼极化率，而且该垂直极化偶极还会进一步与纳腔等离激元的垂直电场耦合产生增强的拉曼信号。这种新的增强机制不仅超越了传统的纯化学效应机制，而且也不同于之前普遍认为的在化学增强过程中占主导地位的共振电荷转移机制。另一方面，当分子与金属衬底进行“强”的面接触后，TERS信号严重猝灭，特别是对于分子的面内振动信号。结合DFT理论计算表明，这是由于分子与金属衬底之间的轨道杂化引起的动态界面电荷转移以及表面电磁场屏蔽效应所导致的拉曼极化率的减弱，并且前者起主导作用。但是，通过进一步与针尖产生“弱”的点接触，猝灭的拉曼信号能够被有效“拯救”，这同样是因为上面所提及的基态电荷转移诱导的物理化学机制的联合作用所致。需要强调的是，如果分子与金属衬底的相互作用很弱(例如物理吸附的情况)，或者分子垂直吸附在金属表面，这时由于动态界面电荷转移诱导的拉曼极化率的减弱效应会变得很小，预计将不会出现拉曼猝灭现象。 　　该研究小组还进一步开展了偏压和波长依赖的TERS光谱演化研究，证明了基于基态电荷转移的物理化学联合作用机制的正确性。值得注意的是，对于非共振情况下的针尖−分子点接触构型，体系的拉曼信号在纳腔等离激元场增强的基础上，还将获得超过300倍的极大电荷转移化学增强。 　　该工作不仅为理解化学效应诱导的TERS/SERS增强与猝灭现象提供了新的视角，澄清和深化了人们对化学增强机制的认识，而且展示了一种通过针尖−分子原子级点接触增强拉曼信号的方法，将对本征拉曼信号微弱的分子(例如生物分子)的化学探测和识别具有重要意义。 　　文章的第一作者是中国科学技术大学博士后杨犇和特任副研究员陈功。该研究工作得到了基金委、科技部、中科院、教育部、安徽省等单位的支持。

仪器信息网讯 2014年7月28日，由HORIBA Scientific(Jobin Yvon光谱技术)主办的2014年第一届拉曼学院在上海大学开课，来自全国各科研院所、高校的老师、学生及HORIBA拉曼产品的代理商200多位代表参加。 　　在第二天的课程中，&ldquo 拉曼增强&rdquo 是提到的最多的一个词：为什么要增强、增强的手段和机理、增强的应用等。 　　大家都知道，自1974年Fleischmann 等人第一次在吡啶吸附的粗糙银电极上观察到表面增强拉曼散射(SERS)信号以来，SERS的研究得到了快速的发展。由于SERS克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点, 可以使得拉曼强度增大几个数量级。 　　基底的制备在拉曼增强的研究中起到至关重要的作用，在今天的报告中，厦门大学的任斌教授从基本的原理出发详细介绍了增强基元(增强基底或者针尖)的制备方法，可以说增强基元制备方法的每一次进步和革新对拉曼增强的研究来说都起到极大的推动作用。据介绍，从最初的电化学粗糙/沉淀、真空沉淀方法，到纳米粒子的合成（单分子SERS），SERS的研究取得了突破性的进展；之后，壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)的研究又进一步扩大了SERS的应用对象；此外，针尖增强拉曼光谱(TERS)技术提出后也引起了大家的关注，并在基础研究领域和工业应用领域得到了广泛的应用。 　　为了拓展SERS在表面科学中的应用，需要从没有或者只具弱SERS效应的非金、银、铜材料表面以及光滑甚至原子级平整的单晶模型体系获得拉曼信号。为了解决该问题，就需要借助金或银强的电磁场增强效应来增强非(弱)SERS活性材料表面物中的信号，这是一种&ldquo 借力&rdquo 的思维。厦门大学李剑峰教授课题组从&ldquo 借力&rdquo 的思维出发，发展了壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)技术。据介绍，该项技术具有很高的灵敏度，甚至只要将合成的具有超薄二氧化硅壳的金纳米粒子直接洒在待测样品的表面就可以达到预期的实验效果。 任斌 教授 报告：表面增强拉曼光谱和针尖增强拉曼光谱-从原理，实验方法到应用 李剑锋 教授 报告：表面增强拉曼光谱：从&ldquo 借力&rdquo 思维到壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱 　　作为一种强大的表面表征技术，TERS可以达到10nm的空间分辨率和检测灵敏度，而且可以同时得到表面的形貌信息和化学指纹信息。厦门大学的王翔博士在报告中详细介绍了针尖增强拉曼光谱的发展以及在材料、物理、化学和生命科学等领域的应用概况。 　　此外，国立台湾大学的王俊凯博士还介绍了基于二维表面等离基元基底的拉曼增强效应以及基于拉曼增强的快速临床微生物检测平台等相关的研究成果。(撰稿：叶建) 王翔 博士 报告：针尖增强拉曼光谱的发展和应用 王俊凯 博士 报告：（1）基于二维表面等离基元基底的拉曼增强效应 （2）基于拉曼增强的快速临床微生物检测平台

仪器信息网讯 2014年10月31日-11月3日，第十八届全国分子光谱学学术会议在苏州召开。本次会议中，拉曼，特别是拉曼增强的研究依然是大家看好的领域。在大会报告中就有很多专家及老师介绍了拉曼光谱及表面增强拉曼光谱的技术以及应用进展。 田中群院士 厦门大学 表面增强拉曼四十年：从基础到应用 　　其中田中群院士作了以《表面增强拉曼四十年：从基础到应用》为题的报告。在报告中，田中群介绍到，由于对复杂体系痕量分析的需求越来越多，科学研究亟待发展基于新原理和新方法的科学仪器，这也是分析化学发展的主要驱动力。而拉曼光谱具有高识别性，特别是拉曼增强效应能够使拉曼光谱的灵敏度提高百万倍甚至更好，具有很好的发展和应用前景。 　　从1974年，有关拉曼增强的第一篇文章发表到现在整整40年，在这40年中，前半段时间发展的相对缓慢，后半段比较迅速，原因在于表面增强拉曼光谱的发展是基于纳米科技的发展才得以快速的发展，而我国的纳米科技是在1990年之后才发展起来的。 　　由于有了纳米技术的发展，我们才可以看到并调控纳米粒子，进而达到拉曼增强的效果。我们应该清晰的认识到，表面增强拉曼散射效应就是一种基于纳米结构而发展起来的技术。所以，要发展拉曼技术，就要抓住关键点，研究怎样的纳米结构才可以最大限度的增强拉曼光谱的信号。 　　田中群介绍到，目前拉曼增强方面的研究有两个“短板”：一个是可以达到增强效果的材料比较少 二是表面形貌，目前只能在纳米结构或者粗糙的表面上来得到增强的效果。 　　“纳米科学的发展使得我们有越来越多的技术和能力可以设计和制造各种纳米结构。”田中群说，“不要再用一些简单的纳米粒子来做研究，这已经用了几十年了，老一辈用是合理的，年轻人应该更大胆的去创新，去思考有没有更好的纳米结构可以进一步增加灵敏度。” 　　在大会报告中，来自国内外的多位专家也介绍了拉曼增强方面的研究工作。 蒋朝阳 University of South Dakota Improvement of SERS Activity of Silver Nanowires via Surface Modification and Nanoscale Self-Assembly 龙亿涛华 东理工大学 印刷SERS基底在生物和环境分析中的应用 Yukihiro Ozaki Kwansei Gakuin University Tip-enhanced Raman Scattering Spectroscopy 　　除此之外，第二天拉曼光谱分会场的报告也非常精彩，湖南大学的胡家文教授、厦门大学的吴德印教授、上海师范大学的杨海峰教授等30位老师在拉曼增强光谱的理论、技术及应用方面给出报告并展开讨论。 拉曼光谱分会场

据每日科学网日前报道，新加坡研究人员利用黄金纳米阵列开发出适于商业应用的高性能表面增强拉曼光谱传感器。 　　表面增强拉曼光谱技术(SERS)是在印度科学家拉曼1928年发现拉曼散射现象的基础上发展起来的。利用拉曼光谱技术可以非常方便地鉴定物质成分，现已成为探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的有效工具，广泛应用于癌症诊断和食品检测等领域。不过，由于很多分子直接通过拉曼光谱无法检测出信号，需要通过拉曼增强技术，将这些分子吸附在纳米金属表面，在特定波长的激光照射下，利用表面增强拉曼光谱传感器检测出待检物质。 　　新加坡科技研究院(A*STAR)材料工程研究所的研究人员制造出一种非常密集且有规律的黄金纳米阵列，在自组装和传感等方面具有独特的优点。此外，他们还成功将该纳米阵列置于光纤端头涂层中，使得该技术有望在遥感监测危险废弃物方面具有广泛的应用前景。 　　研究人员在涂有自聚物纳米粒子的表面进行纳米阵列的自组装，较小的黄金纳米粒子会自发附着。仅仅依靠涂层和吸附这些简单的过程，就可稳定高产地形成小于10纳米的纳米簇。通过调整聚合物的规模和密度等特征，研究人员可以调节纳米簇的大小和密度，使表面增强拉曼散射达到最大化。该技术的效率非常高：涂满100毫米直径的晶片，或200光纤端头，仅需要不超过10毫克的聚合物和100毫克的黄金纳米粒子，而聚合物和纳米粒子均可低成本大量生产。 　　由于纳米阵列的形成过程完全是自组装过程，因此该技术不需要专门的设备或特定的无尘室，非常适合低成本商业化生产。目前该技术已在新加坡、美国和中国申请了专利。

在成功实现针尖增强拉曼光谱（TERS）技术的15年后，HORIBA Scientific 和 AIST-NT 合作完成了 TERS 的整套解决方案，将其推向了一个全新的层面。TERS 技术不只是进行所谓的单点测量，更能够完成一个 TERS 扫描成像，收集到成千上万个像素点的拉曼光谱，而且一个完整成像采集时间一般小于10分钟。文中我们采用了HORIBA & AIST 的 Nano Raman 团队在2015年获得的结果，来展示TERS在纳米尺度上的化学成像，并由HORIBA Scientific的全球产品经理Marc Chaigneau 博士进行了讲解。图1采用XploRA Nano系统和镀金的TERS针尖，对单根碳纳米管进行纳米级的化学成像，其空间分辨率达到了8nm。扫描发现在绿色区域D峰（缺陷峰）产生明显的增强，该位置的空间分辨已经接近晶格缺陷尺寸（扫描步长为1.3nm）。“TERS的空间分辨率获得如此惊人的进步主要归功于NanoRaman系统光学耦合部件的稳定性和SmartSPM型号AFM的高频扫描器，能够远离噪声的干扰。”图1：单个碳纳米管的TERS成像，空间分辨率小至8nm， 1.3nm步长（75×75点,每点采集时间为100ms）从氧化石墨烯的TERS成像中发现，其褶皱位置与镀银的AFM-TERS针尖具有很强的相互作用，见图2（绿色：G峰强度分布，红色：有机物残留的C-H振动峰强度分布）。与普通远场拉曼信号相比，针尖将信号增强了大概2×106倍。并且通过进一步计算D/G的强度分布，可以表征样品上缺陷的局部变化。“这么好的拉曼增强效果要归功于Ag针尖的强等离子体共振；而且好消息是，由于保护层的加入，Ag针尖的寿命已经延长到了数周。”图2 左：氧化石墨烯D峰的TERS成像 右：褶皱位置（红色和蓝色）、平坦位置（绿色）和薄片外的单点TERS谱图 脉冲力刻蚀技术” （NanoRaman系统的一种纳米刻蚀模式）可以利用单晶金刚石针尖在单层氧化石墨烯上点压出所需的图案。我们在氧化石墨烯表面压印出了15nm尺寸大小的“TERS”字母，并发现在刻划位置的TERS信号显著增强。“得益于SmartSPM针尖调谐和准直的全自动化，使得我们即使在进行纳米刻蚀后更换为TERS针尖，也能够找到原来的测试区域。”图3：金膜上单层氧化石墨烯刻蚀字图的D峰强度TERS成像，尺度15nm为了将TERS应用于其他2D材料，应用团队对机械剥离的MoS2样品进行了TERS成像。从中发现，使用AFM-TERS针尖，MoS2的A1g和A2u振动模式强度有明显的提升（图4），而且采用DualSpec模式，能够采集到近场信号和远场信号并进行差谱处理。 “同样，由于AFM-TERS针尖的不断发展，尤其是镀银针尖，为新一代2D材料的TERS表征打开了一扇门。高增强因子使之前难以观察到的纳米尺度的拉曼振动模式变得清晰可见，同时DualSpec模式可以帮助我们完成每一个点的远场信号扣除。”图4 左：MoS2 408cm-1拉曼峰（A1g模式）的TERS成像 右：边缘及刚脱离边缘位置的TERS图谱图5展示了沉积在金基底上C60和C70富勒烯的TERS成像，并清晰地表现出某些位置具有单一的C60或C70的拉曼谱图。与单层的C70富勒烯区域的TERS成像对比，我们能够进一步确认在大气环境中完成了AFM模式下的单分子测试。“单分子灵敏度是每一个光谱学家的终目标！之前单分子的TERS检测已经在超高真空超低温的STM设备上实现了，但是如果TERS要成为一种大众化的检测技术，整套设备的安装和操作必须简单，成本也必须降低。由此来看，我们的应用团队在大气环境中得到了清晰地单分子测试结果，意义是非常大的。”图5：左：沉淀在金膜上的氧化石墨烯以及C60、C70富勒烯的TERS成像（每行128点，采集时间：每点80毫秒）。右： C60和C70混合位置谱图（绿色）以及单一成分的谱图（蓝色-C60，红色-C70）

高灵敏微量气体传感在环境污染研究、人体挥发性有机物(VOCs)检测中具有重要的现实意义。迄今为止，已有多种分析技术用于气体检测，但多存在成本高、操作复杂、分析过程耗时等缺点。表面增强拉曼散射(SERS)作为有力的痕量分子检测工具，可利用基底的表面等离子体共振和电荷转移效应大幅增强目标分子的拉曼散射信号，具有高灵敏、简单、快捷、无损和特异指纹识别的特点，在气体传感领域具有优势。 　　近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员张志强与博士研究生孙姣姣，开发出一种具有超高灵敏性的三维玫瑰花枝状SERS基底(BigAuNP/Au/ZnO/P)。本研究中，科研人员以化学生长与微纳加工相结合的方式，在聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上制备了纳米氧化锌(ZnO)-金(Au)三维异质结构，其增强原理在于相邻纳米棒表面的金纳米颗粒(AuNPs)、同一纳米棒表面的相邻AuNPs、金层与AuNPs的结合点三处“热点”区域共同提高了电磁增强效应，Au和ZnO之间的电荷转移产生高密度电荷，形成内部电场，激发了ZnO纳米棒的化学增强效应。 　　该SERS基底对对巯基苯甲酸(p-MBA)分子的检测限为10-13 M，其增强因子高达2.27×107，并具有良好的均一性和可重复性(RSD 4%)。此外，PVDF膜具有多孔特性，可采用过滤式检测程序提高目标分析物与SERS“热点”的碰撞效率，有利于气体分子的高效富集。 　　科研人员以腐胺和尸胺两种挥发性有机气体为例，验证了该三维柔性SERS基底在气体传感中的检测性能。通过在SERS基底上修饰p-MBA传感单分子层，利用酰胺反应选择性地捕获腐胺和尸胺，实现了低浓度气体分子的高灵敏定量检测(腐胺检测限：1.26×10-9 M，尸胺检测限：2.5×10-9 M)，比同类研究报道的检出限高出2-3个数量级，证明了该SERS传感器在实际气体传感中的应用潜力。 　　鉴于该三维柔性SERS基底的多孔特性和优异的增强性能，将其与微流体装置和便携式拉曼光谱仪集成，搭建SERS快速检测系统，有望实现气溶胶中细菌、病毒和污染物的高效捕获与富集，发挥该三维基底在气溶胶的高灵敏检测领域的技术优势。 　　相关研究成果以Ultrasensitive SERS analysis of liquid and gaseous putrescine and cadaverine by a 3D-rosettelike nanostructure-decorated flexible porous substrate为题，发表在Analytical Chemistry上。研究工作得到国家自然科学基金、江苏省重点研发产业前瞻项目、中科院科研仪器装备研制项目等的支持。

目前，对很多应用来说，拉曼光谱已发展成为一种强大的表征技术。但如果要使其在临床分析中更有效，还需要做更多的工作。　　随着激光的发现，以及后续激光器和探测器技术的进步，以前发展缓慢的拉曼光谱进入了一个高速的发展阶段。目前，已经证明了拉曼光谱在生物大分子分析方面的应用价值，包括蛋白质、DNA、活细胞、组织和微生物的检测和诊断。　　然而，拉曼散射是一个很弱的过程，只有一百万分之一的光子才会发生弹性散射现象。另外一个问题，自体荧光也阻碍了拉曼技术在生物学中的应用。幸运的是，70年代早期，一个新颖的现象被发现，分子接触(或非常接近)贵金属表面，如银和金，拉曼散射信号就会增加了1011倍，由此表面增强拉曼散射(SERS)也就发展起来了。除了散射增强之外，SERS还可以有效淬灭自体荧光。　　尽管现在SERS在生物结构的分析方面已经有很多研究，但在我看来，在科学研究和临床应用之间还有一定的距离。此外，如果没弄明白临床应用的需求和流程，这种技术也不可能转化为真正的应用。　　例如，对于从一个生物SERS实验中收集的数据，还有几个问题需要仔细考虑，以得到清晰的解释。首先，对于感兴趣的样品的SERS衬底类型需要仔细的选择。它应该是一个纳米结构的表面或胶体纳米颗粒，如金纳米颗粒(AuNP)或银纳米颗粒(AgNP)。如果样品是活细胞，AuNPs或AgNPs是很好的选择。如果样品是微生物，表面或胶体纳米颗粒衬底是最好的。　　选择最合适的衬底之后，再现性和适用性的测试也是很重要的。评估获得的光谱信息时应该考虑官能团和贵金属表面的选择性相互作用，如SH、NH2，因为这些交互作用定义了环境。　　十年来,我们对这项技术是否可以应用到临床决策中进行了评估。我们利用实验室中发展起来的样品制备方法和检测技术分析了活细胞和死细胞、组织和微生物样本。我们认为还有很多工作需要去做来探索该技术的潜力，因为生物样品不仅非常复杂,而且不同样本之间也存在产异性。　　临床中，快速识别传染性微生物在疾病干预方面至关重要。虽然有许多研究证明了利用SERS可以快速识别微生物,但是从临床样本中识别它们的能力尚不清楚。　　生物样品的复杂性,如血液和尿液,是减少了解样品状态所需时间的一个主要的障碍。例如,尿液样本中可能有许多化学物质,包括尿素和肌酸酐、溶解的离子、白色和红色的血细胞、蛋白质连同传染性病原体。如果没有完全的清洗或分离，这些成分可能会干扰或阻碍SERS的检测，同时也势必增加分析时间。当然，其中还有几个问题需要解决以确定尿样的感染状况。第一个问题很简单：样品是否感染? 1毫升尿样中细菌的数量决定了答案，尿液样本包含细菌数大于105cfu /ml被认为感染。然后,我们必须问哪种病原体存在?然后再问是否有一个SERS可以识别的标识物来显示尿液是否感染?这项技术是否可以用于细菌样本的定量分析？这项技术能识别病原体吗?　　我们已经知道, SERS可以识别细菌,但从复杂样品中识别细菌仍需进一步的努力以加快这一进程。在我看来，对于以上的部分问题得到积极的答案并不是很远的事情，而且也将缩短SERS进入提高临床决策这个位置所需的时间。　　作者：Mustafa Culha　　Mustafa Culha的实验室在叶迪特佩大学遗传和生物工程系，该实验室持续进行光谱技术的实用研究,如表面增强拉曼散射(SERS)揭示活细胞、死细胞相互作用，发展用于医学和生物医学的新颖的检测和诊断工具。他在同行评议的国际期刊和几本书的章节中撰写了70多篇论文，拥有若干生物分析化学和纳米技术方面的专利。他是Nanotechnology杂志的SERS研究和Nanoparticle Research纳米生物的特刊编辑，同时他也是应用光谱学编委员会的成员。

a) SERS-CIP检测策略示意图；b)含SERS标记物的SERS-CIP玻璃毛细管照片，识别区域用红色圆圈表示；c)在SERS-CIP上实现手性氨基酸识别检测原理 课题组供图近日，中国科学院烟台海岸带研究所研究员陈令新团队在手性印迹表面增强拉曼散射（SERS）检测技术领域取得重要进展，研究成果“基于手性分子印迹的表面增强拉曼散射检测策略用于绝对对映体区分”发表在最新一期的《自然—通讯》。手性是自然界中普遍存在的现象。手性分子是与其镜像不能重合的分子，对映异构体间很多理化性质相同，但生理活性往往有很大的差别，因而，对单个对映体的选择性识别与检测在生命科学、环境监测和食品安全等领域至关重要。然而，单个对映体的识别存在很多挑战。首先，理想的手性区分策略需要外消旋体中的绝对对映体识别方法和高灵敏度的传感器件，并且保证对多种手性分子广泛适用，如何抑制对映体在手性区分传感器上的非特异性结合是关键。其次，对映体间具有相同的分子大小和官能团，仅结构呈现镜像对称，因此，不能根据一般传感器上的主-客体相互作用结果一概而论。此外，大多数手性识别策略高度依赖手性分子的细微结构特征，无法适用于复杂多样的手性化合物。海岸带是关乎人类社会发展的地球关键带。人类活动通过多种途径影响海岸带生态，使其被开发利用的同时，也造成了生态脆弱、灾害较多等问题，发展海洋生态固碳、保护生态环境是海岸带可持续发展的关键之一。氨基酸是海洋有机碳和有机氮的重要组成部分，氨基酸的手性转化是海洋微生物固碳的重要过程，了解手性氨基酸的结构和功能对于海洋固碳机制研究非常重要。然而，海岸带区域环境中的手性氨基酸含量很低、赋存介质复杂，因此亟需发展能够进行分离富集、降低和消除基质干扰的高灵敏手性分子检测技术。基于上述挑战，陈令新团队创新性发展了基于手性分子印迹的表面增强拉曼散射（SERS-CIP）检测策略，成功实现了对海水中精氨酸、组氨酸、天冬氨酸等8种氨基酸手性对映体的高选择性和高灵敏分析检测。手性分子印迹聚合物（CIP）具有在形状、大小和官能团三方面与目标氨基酸分子互补的空腔，能够高特异性结合目标手性分子，在手性氨基酸识别方面表现出了独特的优势。由于聚合物框架和手性分子的官能团之间的相互作用，不可避免的非特异性结合参与手性识别问题一直是挑战。研究发现，可以通过发展先进的CIP识别机制并通过抑制非特异性结合提高CIP对映体识别特异性。在利用SERS对CIP非特异性结合来源进行详细研究后，团队开发了一种检测识别机制来探索CIP的空间状态，并借此区分特异性结合和非特异性结合的氨基酸对映体分子。通过对映选择性测试、外消旋混合物分析以及在复杂实际样品中的手性识别表明，这种机制能够满足理想的手性识别策略的要求，并具有良好的实用性。该研究成果得到了国家自然科学基金和中科院国际博士后项目等项目的支持。文章的第一作者为助理研究员Maryam Arabi，文章通讯作者为研究员王运庆和陈令新。

现场快速检测在环境污染物检测、农残检测、安检、疾病早期诊断等领域具有广泛应用。基于增强拉曼光谱的检测技术，具有灵敏度高、检测速度快、指纹识别等优点，倍受关注。近十年来，中国科学院合肥物质科学研究院在这方面取得丰富的技术积累。主要技术指标（或参数）： 　　1、检测下限：多数有机物0.01-1ppm；部分有机物1ppb；离子0.01ppm； 　　2、具有指纹识别能力、现场快速检测； 　　3、可测量液体、固体中的目标物，也可分析固体表面及浅表层物质，例如菜叶上农残和物品表面纳克级别的粉末。 　　应用领域： 　　微量/痕量有机物、离子等的快速灵敏检测： 　　1、 农药残留等有机物检测； 　　2、 环境污染物检测； 　　3、 金属离子、酸根离子的检测。 　　市场前景： 　　具有良好的社会经济价值及应用前景。 　　拟转化的方式（或合作模式）： 　　可采用研究所与企业通过成果转让或技术入股等方式，共同推进该成果的产业化。 　　相关图片：便携式增强拉曼检测设备

B&WTek是目前世界上最大的小型拉曼生产厂商，深耕中国10年。作为最具竞争力和性价比的i-Raman系列便携拉曼光谱仪，也已经广泛应用于制药，化学，考古，生物及材料等诸多应用领域。配合最新的BAC151B高清视频显微拉曼附件，将使得用户的SERS应用和开发更为快捷，准确。 为了与更多客户分享我们的增强拉曼上的应用，B&WTek将于2013年12月26日于合肥市科学岛丽景假日酒店举办“B&WTek便携拉曼光谱仪在增强拉曼上的应用交流会“，将与用户分享一些采用B&WTek便携拉曼在增强拉曼上的应用进展，敬请拨冗参加！ 表面增强拉曼技术实用化应用探索B&WTek便携拉曼光谱仪结合SERS应用* 低浓度农药残留* 环境低浓度污染物监测* 生物样品的S E R S监测会议地址：合肥科学岛丽景假日酒店西区三楼二号会议室时间：2013年12月26日14:00联 系 人：叶菲：18616619702 chrisy@bwtek.cn 陈帅：13816461662 leoc@bwtek.cn

导读 细胞中的氧化还原平衡，是指氧化性物种和还原性物种之间的动态平衡，在大多数生理过程中发挥着至关重要的作用，尤其是细胞凋亡(名词解释)过程。通过提高肿瘤微环境 (名词解释)中活性氧（ROS）的浓度，打破氧化还原稳态，是介导癌细胞死亡，进而达到肿瘤治疗目的的有效手段。目前，基于纳米酶(名词解释)催化的一些新型化学动力治疗、光动力治疗方法被用于肿瘤治疗领域，旨在达到肿瘤细胞中原位催化产生ROS的效果。但是，大多数对于上述治疗的机理研究仍然只停留于纳米酶级联催化反应的结果，无法做到对整个治疗过程的监测。表面增强拉曼光谱（SERS）(名词解释)作为一种快速、无损的测试技术，其灵敏度甚至可以达到单分子级，在监测细胞内相关生化反应方面具有巨大潜力。将SERS技术应用于上述肿瘤的光动力治疗过程的监测，不仅能帮助进一步理解纳米酶催化过程的具体机制，更能得到肿瘤微环境中氧化还原状态的具体信息。研究亮点 近日，吉林大学宋薇教授、刘卓副教授和赵冰教授团队将一种金/碳量子点(Au@CDs)复合材料级联纳米酶用于对肿瘤细胞的光动力治疗，并且采用SERS技术监测了整个光动力治疗过程中肿瘤微环境内氧化还原平衡的打破与再修复过程。该成果以“SERS monitoring of photoinduced-enhanced oxidative stress amplifier on Au@carbon dots for tumor catalytic therapy”为题发表在Light: Science & Applications，吉林大学博士研究生李林甲为第一作者，宋薇教授、刘卓副教授和赵冰教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，吉林省教育厅科技研究计划等项目的支持。研究人员首先以CDs作为模板剂和封端剂设计构筑了一种具有级联模拟酶活性的核壳结构Au@CDs材料，相比于单独的金纳米粒子，CDs外壳避免了Au核的聚集，并提供了致密且均匀的SERS热点。在808 nm近红外光激发下，Au@CDs表现出近红外光致增强的类过氧化物（POD）酶和近红外光诱导的类谷胱甘肽氧化酶（GSHOx）活性：即在近红外光照射下，表面等离子体共振（SPR）激发的大量热载流子可以有效地参与反应，金纳米粒子典型的等离子体光热效应可以增强POD活性；另外Au@CDs介导谷胱甘肽（GSH）参与反应，加速ROS的生成，呈现出光热增强的光动力治疗效果。这种级联纳米酶催化过程将迅速打破肿瘤细胞内的氧化还原稳态，产生大量ROS，最终导致癌细胞凋亡。图1 Au@CDs的级联纳米酶催化机制及其光热增强的光动力治疗肿瘤过程。为了监控这一催化过程，研究人员利用SERS技术，通过对四甲基联苯胺（TMB）底物分子的氧化产物的识别，实现了对光动力治疗肿瘤过程中，肿瘤微环境内活性氧动态变化过程的监控。即在近红外激光的辐照下，肿瘤细胞内活性氧水平会随着Au@CDs催化反应的开始而迅速上升，在很短的时间内（3min）即达到拉曼信号的峰值，实现氧化应激损伤效果；而激光辐照结束后，肿瘤微环境则会在一个相对较长的时间（33 min）进行自修复，即过表达的GSH等还原性物质消耗过量ROS的抗氧化过程，最终肿瘤微环境回到氧化还原平衡态。图2 （a-c）光动力治疗肿瘤过程中拉曼信号的变化及（d-e）对应的肿瘤微环境内氧化还原平衡的打破和再修复过程。总结与展望 Au@CDs级联纳米酶与传统的纳米药物和免疫治疗剂相比，具有通过级联反应中的光热性质促进光动力治疗效果的优点，能快速提高肿瘤内ROS的浓度，打破氧化还原稳态，进而达到肿瘤治疗目的，由于过表达的GSH等还原性物质消耗过量ROS，抑制了ROS向细胞外扩散。通过SERS策略，获得了光动力治疗过程中完整的氧化应激过程，对基于肿瘤微环境氧化应激损伤的光疗机制进行了深入的研究，为肿瘤光动力治疗的实时监测提供了最有价值的机制和数据支持。论文信息 Li, L., Yang, J., Wei, J. et al. SERS monitoring of photoinduced-enhanced oxidative stress amplifier on Au@carbon dots for tumor catalytic therapy. Light Sci Appl 11, 286 (2022).https://doi.org/10.1038/s41377-022-00968-5

供稿| 张立武编辑 | Qian霾污染一直广受公众和媒体的注意，2013年“雾霾”更成为年度关键词。其实，从全世界范围来说，雾霾是已经困扰了人们两个多世纪的全球性难题，可以说雾霾之痛，全球之痛。当下，人们已经意识到研究大气雾霾不仅要研究它的危害，还要终落实到控制和预防，这就牵涉到雾霾的核心物质——大气气溶胶。“识别”大气中气溶胶颗粒物的形成机理、污染物组分成为当务之急。那么有哪些方法可以快速“识”雾霾呢？复旦大学环境科学与工程系张立武研究员课题组，利用表面增强技术结合拉曼光谱实现了对实验室模拟气溶胶和大气气溶胶成分的快速检测，相比传统拉曼技术，这种方法更灵敏、更快速，很好地克服了在拉曼研究大气颗粒物中增强效果差和稳定性差的难点，颇具潜力。相关研究成果以《Surface Enhanced Raman Spectroscopy: a Facile and Rapid Method for the Chemical Components Study of Individual Atmospheric Aerosol》 为题发表在ACS的Environmental Science & Technology杂志。下面，让我们一起来看看复旦大学是如何巧用增强拉曼“识”雾霾的。“倒金字塔”基底承载雾霾颗粒&增强拉曼信号大气气溶胶中的颗粒物成分复杂，有些污染物含量低、毒性大，并且很少能够直接检测出来。例如用传统拉曼技术检测大气气溶胶，就具有峰强弱、重复性差等劣势。令人兴奋的是，复旦大学张立武研究员课题组巧妙地利用表面增强技术结合拉曼光谱突破了难点，实现了对实验室模拟气溶胶和大气气溶胶的快速检测。研究人员利用“倒金字塔”型的表面增强基底Klarite，通过沉积法采集单颗粒气溶胶，如下图。因为其倒金字塔型的碗状结构非常适合承载~1 μm的单颗粒，因此拉曼增强因子平均可以达到6倍。表面增强拉曼检测雾霾颗粒示意图从模拟大气检测到真实大气检测探明“倒金字塔”状Klarite表面增强基底的拉曼增强效果后，研究人员分别对气溶胶在实验室模拟状态下、大气中实际状态进行了对比检测。与传统拉曼检测法相比，这项研究表明，表面增强拉曼表现出了出色的增强效应和稳定性。而在此次拉曼测试过程中，研究人员使用的是 XploRA Plus激光拉曼光谱仪，进行拉曼分析。接下来，我们就来分别看看两种条件下的测试结果。首先，我们来看一下实验模拟状态下的结果。 张老师团队分别对模拟硫酸铵气溶胶以及含萘气溶胶进行拉曼检测，如下图。相比于使用金、银纳米溶胶，Klarite增强基底表现出增强因子高和重复性好的特点。这样，研究人员对利用表面增强拉曼技术检测大气中单颗粒气溶胶充满信心！ 实验室模拟的硫酸铵气溶胶在不同基底上的增强效果接下来，在真实大气气溶胶的研究中，研究人员分别采用了拉曼点扫描和拉曼面扫描。点扫描采用785 nm激光、600线每毫米的光栅和1024 × 256像素的CCD，得到3 cm-1的光谱分辨率。利用Mapping扫描时间快的特点（1 μm作为步径），研究人员快速地在采集到的颗粒物的面上识别化学组分，可以识别出如 1000~1700 cm-1的不定型碳、~1000 cm-1的NO3-和SO42-无机盐组分以及一些PAHs。以上研究表明，表面增强拉曼有出色的增强效应和稳定性，对于研究雾霾以及相关问题具有十分重要的作用。参考文献：Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 6260?6267值得一提的是，张老师课题组积累了丰富的增强拉曼检测雾霾颗粒物的测试经验，不仅有拉曼光谱数据，还进行了拉曼光谱成像表征。团队介绍张立武课题组 博士/研究员 （青年千人）理学博士，入选国家青年千人计划，上海市“东方学者”特聘教授。2009年毕业于清华大学化学系，同年获德国“洪堡学者”基金资助在汉诺威大学从事研究工作。于2012年获玛丽居里欧盟内研究基金资助前往剑桥大学卡文迪许实验室从事研究工作。主要研究兴趣为大气化学，CO2资源化利用及环境污染物的检测。2014年加入复旦大学环境科学与工程系。实验室课题组主要研究方向1. 大气光化学过程2. 环境气固界面化学3. 环境污染物检测及控制 点击标题，查看往期精华文章上交大新拉曼探针有望精准定位肿瘤君，助力攻克医学难题只有发丝直径十万分之一的量子点，如何解析它的“光”拉曼光谱技术测定二硫化钼层数的两种方法免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

01导读拉曼光谱和红外光谱是 最 重 要 的分析化学方法之一，可提供待测体系的化学键等关键结构信息。然而，它们应用于材料和生物体系的表面化学分析时，常面临着灵敏度偏低的瓶颈。四十余年来，人们持续致力于突破该瓶颈，推动相关技术的应用和产业化。近日，厦门大学田中群教授课题组回顾了拉曼和红外光谱技术的发展历程，系统性论述了表面增强拉曼散射光谱和表面增强红外吸收光谱的三种物理机制：等离激元效应、避雷针效应和耦合效应。从拉曼和红外光谱的基本原理和实际案例出发，提出了进一步提高拉曼和红外光谱的表面检测灵敏度的策略，即宏观光学系统与微纳光学衬底之间多尺度耦合，最 后讨论了将宏观光学-微纳衬底间的高效耦合拓展到亚纳米分子尺度的可能性，展望了更多种形式的多尺度光耦合策略。图1 SERS和SEIRA光谱灵敏度提高的策略与实践：从微纳结构衬底设计到光学设计。02研究背景拉曼光谱和红外光谱技术的里程碑式进展如图2所示，时间轴上、下分别为拉曼光谱和红外光谱技术。从发展历程可见：（1）1800-1974年主要集中在基本测试仪器和方法，从无到有地建立拉曼和红外及其衍生光谱技术；（2）1974-2010年则在已有测量仪器基础上，从无到有建立起表面增强拉曼和表面增强红外光谱方法；（3）1997年至今的表面增强拉曼和表面增强红外光谱逐渐提升为单分子水平。由此可见拉曼和红外光谱技术的灵敏度在不断提升，而其蕴含的发展驱动力是由痕量甚至是单分子水平待测样品的实际需求所诱发的。如何提升拉曼和红外光谱的检测灵敏度，是具有 重 大 挑战性的科学问题和技术难题。图2 拉曼光谱、红外光谱、及其衍生技术的的里程碑式进展节点，时间轴上、下部分别为拉曼和红外光谱技术。2.1 SERS和SEIRA的增强机理表面增强拉曼光谱（SERS）和表面增强红外吸收光谱（SEIRA）主要基于电磁场增强机制。SERS和SEIRA电磁场理论的核心在于借助光和金、银等纳米结构的相互作用，增强纳米结构表面狭小区域内的光电场（也称近场）。该狭小区域也称为“热点”。处于热点中的待测分子的光散射和光吸收截面都被增强，如图3所示。图3 SERS和SEIRA的电磁场增强原理。a是分子的Raman散射及拉曼光谱。b是吸附于金属纳米球表面分子的SERS的两步增强机理。c是SERS光谱的数据处理。d是分子的红外吸收及红外光谱。e是吸附于金属纳米棒表面分子的SEIRA的一步增强机理。f是SEIRA谱的数据处理。热点内的局域电场的强度与分子的光吸收/散射效率直接相关。提高SERS和SEIRA增强衬底表面热点内局域电场强度是SERS和SEIRA技术发展的关键难题。SERS和SEIRA增强衬底可划分为非耦合型增强衬底和耦合型增强衬底两大类。非耦合型增强衬底，如单个纳米粒子、金属膜以及非金属表面的金属探针等，通常只支持局域表面等离激元、传播表面等离激元和避雷针效应中的一种机制。非耦合增强衬底的局域场增强因子较小，通常小于5个数量级，是研究局域场耦合的模型结构。耦合型增强衬底，特别是具有纳米间隙或者纳米尖端结构的增强衬底，分子拉曼散射和红外吸收信号会得到显著增强，检测灵敏度可达单分子水平。典型的耦合型增强衬底结构有纳米颗粒-纳米颗粒二聚体（dimer）、寡聚体结构（oligomer）、阵列结构（array）、蝴蝶结（bow-tie）结构，和金（或银）扫描探针-金（或银）衬底耦合结构等，如图4所示。图4 SERS和SEIRA典型结构。a-f为SERS衬底结构，g-i为SEIRA衬底结构。其中a和g为局域表面等离激元纳米结构，c和i为传播型表面等离激元纳米结构，e为支持避雷针效应的针尖纳米结构。b、d、f、h和i为不同形式的等离激元耦合纳米结构衬底。除了提高衬底的局域电场强度，SERS衬底在应用中还存在衬底普适性低和信号重现性不足的难题。壳层隔绝纳米颗粒增强拉曼光谱（SHINERS）是克服这一难题的强有力的创新方法，在材料表面化学分析中已发挥出独特的技术优势和巨大的实际应用效能。SHINERS技术的关键是制备超薄介质壳层包覆的金（或银）核的核壳结构纳米颗粒，其中壳层材质如SiO2、Al2O3等具有绝缘性和化学惰性，既避免了分子吸附于金（或银）核表面产生干扰信号，又减小了纳米颗粒和待测衬底发生烧融的概率，提升了体系稳定性。借助SHINERS中金（或银）核与待测金属材料衬底的耦合作用，金属衬底上吸附分子的拉曼信号得到显著放大，例如，实现了对不同晶面Au、Pt等金属单晶上痕量电催化中间产物的识别，为揭示相关电催化反应的路径和机制提供了关键证据（图5）。图5 用于表面分析的SHINERS技术。a 衬底表面的SHINERS粒子示意图。b 吸附在Au(111)、Au(100)和Au(110)表面的吡啶分子的SHINERS光谱。c SHINERS实验示意图。电磁场强度由颜色代表，红色（强）和蓝色（弱）。d SHINERS粒子的TEM成像和Pt衬底表面的3D-FDTD模拟。e 在氧气饱和的0.1 M HClO4中的ORR过程三个旋转环盘Pt单晶电极上的极化曲线。转速为1600转/分，扫描速率50 mV/s。坐标轴j和E分别代表电流密度和电极势。f 变电位条件下Pt(111)电极表面的ORR测试的EC-SHINERS光谱。类似壳层隔绝技术的核-壳结构构筑策略也适用于SEIRA技术。由金壳层和介质内核构筑的阵列SEIRA增强衬底不仅在近红外区有等离激元响应，在中红外区也显示出宽光谱共振响应。如图6所示，位于近红外区域的等离激元响应源自于单个纳米壳结构的多极等离激元共振，而位于中红外区域的宽谱响应带则源自多粒子结构的偶极共振耦合。耦合纳米结构是提高SERS和SEIRA衬底表面增强性能的有效方式，通过耦合效应可将衬底拓展为SERS和SEIRA同时响应的衬底。图6 多个纳米粒子耦合同时用于SERS和SEIRA虽然基于上述耦合纳米结构的SERS和SEIRA或SEIRA衬底，如单个SHINERS粒子、TERS探针、单根SEIRA棒和

拉曼光谱能够不受各种溶剂的影响可靠地提供分子的结构信息。自1928年拉曼散射被Raman发现以来，该散射光线的光谱称为拉曼光谱，拉曼光谱技术因简便、快速、无损样品等特点，成为近年来发展最快、最有潜力的光谱分析技术之一。拉曼光谱技术包括共振拉曼光谱、傅里叶变化拉曼光谱、显微拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、激光共聚焦拉曼光谱等。1974年Fleischmann等发现的表面增强拉曼散射使痕量物质检测成为可能，表面增强拉曼光谱技术利用痕量分子吸附于Ag、Au等金属溶胶和电极表面，其拉曼光谱信号可增强104～106，克服了常规拉曼光谱法灵敏度低的缺点。表面增强拉曼光谱技术因其抗荧光干扰、灵敏度更高，获取的信息更多，目前对于表面增强拉曼光谱的研究主要集中在化学、材料分析、艺术品鉴别、医药分析等领域的定性定量分析，同时，拉曼光谱技术在食品、生物、天然产物领域的研究和应用也有广泛的开展，如食品非法添加鉴别、农残兽药的快速检测、有效成分分析等，在食品科学领域得到广泛关注。虫草素是来源于蛹虫草、洋葱、冬虫夏草等植物的核苷类抗生素，具有多种生物活性，如：抗炎、抗肿瘤、促生长、神经保护作用等。近年来表面增强拉曼光谱技术已开始应用于很多功效成分等的检测，但利用表面增强拉曼光谱技术研究食品中功效成分如虫草素等还未见报告。本研究利用拉曼光谱技术建立食用菌中虫草素这一特色功效成分的快速检测技术，期望能够为食品的品质评价、标准建立、产业升级以及深入开发利用提供技术保障。河北省食品检验研究院王一玮、张斌、张岩研究员、张兰天博士等利用表面增强拉曼光谱技术快速检测食品中虫草素。该团队建立并验证了一种表面增强拉曼光谱技术可快速检测食品中虫草素，具有高效快速、节约成本、操作简便等优点。拉曼基底的选择不同的拉曼基底对于其拉曼信号的强度有一定的影响，为了考察未添加拉曼基底、以金纳米胶体为拉曼基底、以银纳米胶体为拉曼基底对于拉曼光谱信号强度的影响，分别选取400 μL的金纳米胶体、银纳米胶体，将虫草素标准溶液的添加量设定为100 μL，然后采集添加不同拉曼基底下的拉曼光谱图。由图1可知金纳米胶体对虫草素的拉曼信号的增强效果要好于银纳米胶体，相比于银纳米胶体，金纳米粒子能够将自由空间中的光子波长集中起来，并聚集在其表面，使金纳米粒子周围具有较强的电磁场效应，进而增强虫草素的拉曼信号。金纳米胶体相比于不添加拉曼基底或添加银纳米胶体具有更好的增强效果，因此选作为最佳基底。图1 不同拉曼基底的虫草素拉曼光谱图A:未添加拉曼基底；B:金纳米胶体；C:银纳米胶体拉曼基底添加量的优化拉曼基底的添加量对于其拉曼信号的强度也有一定的影响，为了考察金纳米胶体的添加量对于拉曼光谱信号强度的影响，分别选取100、200、300、400、500 μL的金纳米胶体，将虫草素标准溶液的添加量设定为100 μL，然后采集不同拉曼基底添加量下的拉曼光谱图。由图2可知，随着金纳米胶体的添加量由100 μL增加到500 μL，质量浓度为1 000 mg/L的虫草素的拉曼光谱信号强度有所增强，但增强效果并不明显。因此在检测时不必添加过多的金纳米胶体，金纳米胶体添加量为200 μL即可。图2 不同拉曼基底添加量对虫草素拉曼光谱图的影响A:拉曼基底添加量为100 μL；B:拉曼基底添加量为200 μL；C:拉曼基底添加量为300 μL；D:拉曼基底添加量为400 μL；E:拉曼基底添加量为500 μL被测样品添加量的优化虫草素标准溶液的添加量对于其拉曼信号的强度也有一定的影响，为了考察浓度为1 000 mg/L的虫草素的添加量对于拉曼光谱信号强度的影响，分别选取0.5、1、5、10、100 μL的虫草素标准溶液，将金纳米胶体基底的添加量设定为200 μL，然后采集不同虫草素溶液添加量下的拉曼光谱图。结果如图3所示，当虫草素标准溶液的添加量从0.5 μL增加到5 μL时，虫草素的拉曼信号强度不断增加，当虫草素标准溶液的添加量超过5 μL时，虫草素的拉曼信号强度降低。产生这一现象的原因可能是由于当虫草素标准溶液的添加量适当增加时，虫草素与金纳米粒子之间的相互作用也会逐渐加强，虫草素晶体在金纳米粒子附近产生了聚集，合适的聚集条件会产生加强的拉曼信号，过多的虫草素标准溶液的添加，可能会将金纳米粒子基底冲散从而影响基底的等离子共振，从而造成拉曼信号的下降。因此虫草素的最佳样品添加量为5 μL。图3 不同样品添加量对虫草素拉曼光谱图的影响A: 样品添加量为 0.5 μL ； B: 样品添加量为 1 μL ； C: 样品添加量为 5 μL ； D: 样品添加量为 10 μL ； E: 样品添加量为 100 μL虫草素检出限的测定根据优化的最佳条件，最终确定了最佳合成和检测条件。取200 μL拉曼基底金纳米溶胶加入检测小瓶，再向检测小瓶中加入5 μL的待测样品，混匀后上机检测。虫草素的质量浓度分别为1、5、10、100 mg/L，测得拉曼光谱图如图4所示。由此看出，虽然虫草素浓度的降低使拉曼信号强度明显的下降、变弱，但是在1 mg/L低浓度下，仍然可以看出虫草素的主要特征峰。由此，虫草素的检出限为1 mg/L。图4 不同浓度的虫草素拉曼光谱图样品预处理方法优化不同样品预处理方法对于其拉曼信号的强度也有一定的影响，为了考察不同样品预处理方法对于拉曼光谱信号强度的影响，分别用水提取法、乙醇提取法、甲醇提取法、三氯甲烷与甲醇混合提取法处理两种蛹虫草样品，然后按最佳条件采集不同样品预处理方法下的拉曼光谱图。结果如图5、6所示，三氯甲烷提取法得到的样品拉曼光谱图强度和峰型均较好。图5 不同预处理得到蛹虫草1号样品的拉曼光谱图A:水提取法；B:乙醇提取法；C:甲醇提取法；D:三氯甲烷与甲醇混合提取法图6 不同预处理得到蛹虫草2号样品的拉曼光谱图SERS定性检测虫草素对质量浓度为100、200、250、500、1 000 mg/L的虫草素标准品待测液采用最佳方法进行检测得到的拉曼光谱图如图7所示，可以看到，不同浓度虫草素标准品均有较好的信号响应且峰形相似，(1 319 ± 3) cm-1、(1 469 ± 3) cm-1处有特征峰。图7 不同浓度虫草素标准品拉曼光谱图SERS检测实际样品中的虫草素以蛹虫草1号、蛹虫草2号为实际样品，按照三氯甲烷提取法进行实际样品的前处理，按最佳条件进行拉曼光谱检测。如图7、8所示，拉曼光谱检测有虫草素的特征峰（1 319、1 469 cm-1），为了验证结果的正确性，进行了高效液相色谱法的验证，如图10、11所示，证实了实际样品中含有虫草素，进一步了验证所建立方法与拉曼基底的实用性，因此此实验方法具有实际应用性。图8 虫草素标准溶液与蛹虫草1号样品的拉曼光谱图A：质量浓度为1 000 mg/L的虫草素标准溶液；B：经三氯甲烷提取法得到的蛹虫草1号样品图9 虫草素标准溶液与蛹虫草2号样品的拉曼光谱图A：质量浓度为1000 mg/L的虫草素标准溶液；B：经三氯甲烷提取法得到的蛹虫草1号样品图10 蛹虫草1号样品的高效液相色谱图图11 蛹虫草2号样品的高效液相色谱图将三氯甲烷提取技术与表面增强拉曼光谱分析法结合，实现从复杂的样品基质中将目标物提取出来，再利用表面增强拉曼光谱对于目标物灵敏和快速检测分析的特性，检测食品中的虫草素并绘制出拉曼光谱图。实验以虫草素作为目标物，金纳米胶体为拉曼基底，对实验条件的优化得到最佳的实验条件为：金纳米胶体最佳添加量为200 μL；虫草素样品添加量为5 μL，最优条件下的虫草素的最低检出限为1 mg/L。将所建立的SERS检测方法对两种蛹虫草实际样品中的虫草素进行了检测，该SERS检测方法都能检出虫草素，且该法操作简便，检测时间短，因此SERS具有很好的实际应用性和应用前景。

仪器信息网讯 2010年4月15-16日，由北京食品学会、北京食品协会主办，北京食品学会食品安全工作委员会、北京安凯信会展有限公司承办的“第三届国际食品安全高峰论坛”在北京新世纪日航饭店举行。论坛的主要内容由主题演讲、专题研讨、新技术推介、产品展览、技术论文交流等系列活动组成。中国政府高级官员、国际组织及国外驻华机构代表、中外著名专家学者、行业协会领导、食品企业和科研单位负责人等700余人参加了本次高峰论坛。 拉曼光谱技术交流会现场　　 　　本次论坛同期举办了“欧普图斯光纳科技2010年春季拉曼光谱技术交流会”，技术交流会分三个部分进行：首先由欧普图斯光学纳米科技有限公司(光纳科技)副总经理陆惠宗博士做了题为“纳米增强拉曼技术在食品安全检测中的应用”的报告 然后，光纳科技应用工程师进行了“常规拉曼检测应用”、“纳米增强拉曼检测应用”的演示 最后是各位参会专家与光纳科技工程师现场交流。 欧普图斯光学纳米科技有限公司（光纳科技）副总经理陆惠宗博士　　 　　陆惠宗博士的报告分为拉曼及纳米(表面)增强拉曼光谱技术、产品性能介绍、在食品安全检测中的应用等几个部分。拉曼光谱是1928年由印度科学家拉曼发现并由此获得了诺贝尔奖。在光与物质发生散射作用时，拉曼散射线的强度一般只有入射光强度的10-6，因而对微痕量物质检测不够灵敏。 　　陆惠宗博士在报告中提到，拉曼光谱作为一种研究分子及分子结构的光谱技术，除了具备指纹特性外，还具有很多其它的优越性：(1)快速、简单、可重复，一般样品的检测在1-3秒内可完成 (2)无需对样品进行前处理，并且可以通过光纤探头通过玻璃、石英、塑料袋等透明包装物进行无损测量 (3)拉曼光谱是研究水溶性或含水物质样品的理想方法，可以弥补红外光谱的不足。 　　纳米增强拉曼光谱简介　　 　　激光技术的发展使拉曼光谱技术获得了长足的进步，而纳米科技的迅猛发展使“纳米增强拉曼光谱(NERS)”在高灵敏度检测方面获得了突破性进展，可达到单分子的检测水平。陆惠宗博士还在报告中详细分析了与液相色谱、气相色谱、质谱、毛细管电泳、ELISA、红外光谱等常规分析技术相比较，纳米增强拉曼光谱在样品处理、检测时间、检测成本、仪器成本、重现性、现场检测等方面所具有的优点。光纳科技还积极与国家质检总局(AQSIQ)、首都医科大学等国内单位合作，共同开展了纳米增强拉曼光谱在检验检疫、唾液检测等方面的研究，并取得了很好的效果。 　　在技术交流会上，光纳科技应用工程师演示了利用光纳科技便携式拉曼光谱仪现场检测牛奶中的三聚氰胺、果汁中含超量合成色素等，从样品处理到最后检出结果，整个过程在3分钟内完成。 　　整个研讨会进行了约3小时，光纳科技的工作人员从拉曼光谱的基本原理到纳米增强拉曼光谱的实际应用进行了详细的讲解，并现场进行了实际样品的快速测试，给与会人员留下了深刻的印象。陆惠宗博士在报告中指出“食品安全检测面临的最大挑战不是能否检出，而是检测手段能否满足在生产、流通、销售等各个环节中进行有效的检测和监控” 纳米增强拉曼光谱作为一种新型的检测技术在这方面有巨大的潜力，同时需要加大在应用方面的基础研究以及该方法的推广工作，需要政府大力的扶持。随着技术的不断完善，相关标准的逐步建立，纳米增强拉曼光谱作为一种快速现场检测技术，具有非常好的发展前景。 　　欧普图斯(苏州)光学纳米科技有限公司　　 　　2003年创立于美国加州的硅谷，研发和制造中心位于美国加州的硅谷 　　2007年在北京成立了以产品推广为主的分公司 　　2009年初在苏州工业园区成立了以制造、应用开发、技术支持、售后服务、及国内销售为重点的苏州分公司 　　2009在上海设立了分公司 　　主要产品：便携式、高灵敏度、现场、快速的化学物检测系统 　　核心技术：纳米增强激光拉曼光谱(NERS)

80年代初，中国就开始了表面增强拉曼(SERS)的相关研究工作。近几年越来越多的课题组踏入这个领域，几乎呈指数增长。据悉，仅就&ldquo 表面增强&rdquo 一个关键词搜索，每年发表的相关学术论文已经达到2000多篇。 　　在SERS的研究领域，有很大一部分人是做材料合成的，他们的论文通常只是证明合成的材料有表面增强拉曼的性质，然后很多就此打住，转战新的材料 但是有一部分人却执着耕耘在SERS体系的方法和机理的研究，厦门大学的任斌教授就是这其中的一位。 　　2014年7月29日，在HORIBA拉曼学院活动中，任斌教授的报告从原理、实验方法到应用等各方面给大家呈现了SERS和针尖增强拉曼光谱(TERS)的发展历史和最新技术进展。虽然在这个领域，任斌教授的课题组已经是引领者之一，但是他依然对每一个报告都认真地聆听、学习，为学术的探讨而&ldquo 刨根问底&rdquo &hellip &hellip 　　2014年中国化学会第29届学术年会，任斌教授8月4日深夜抵京， 8月5日上午接连赶作两场报告，笔者亲眼见到他背着电脑赶到会议室，站在后排等着做报告。一场报告之后，收拾起背包，又赶到下一个会场&hellip &hellip 甚至嗓子都哑了，下午还要主持会议，接着晚上还要离京赶去参加在德国举行的国际拉曼光谱大会。如此的敬业精神让笔者为之感叹! 　　尽管行程如此繁忙，会议间隙，任斌教授还是抽时间接受了仪器信息网编辑的专访。虽然采访时间有限，但是任斌教授传递给我们的是一份科研者的严谨和执着。 厦门大学任斌教授 　　我国SERS领域的研究&ldquo 持续升温&rdquo 　　1928年，印度物理学家拉曼(Raman)首次在实验中观察到拉曼散射光，并因此荣获了1930年的诺贝尔物理学奖。虽然在1928年到1945年之间，拉曼光谱在物质结构的研究中发挥了重要的作用，但信号弱这个与生俱来的缺点在很大程度上限制了其在各方面的应用。直到，1974年，Fleischmann 等人第一次在吡啶吸附的粗糙银电极上观察到SERS信号。由于表面增强效应可以使拉曼强度增大几个数量级，提供了极高的表面检测灵敏度，为人们刻画了很好的应用前景，在国际上很快就掀起了SERS研究的热潮。 　　据任斌教授介绍，80年代初，SERS发展的初期，中国就已经有科学家开始SERS的工作。比如，当时物理所的张鹏翔老师、苏州大学的顾仁敖老师等，其中顾仁敖老师还专程去纽约学习SERS的相关知识。 　　1987年，田中群老师回国之后，在厦门大学开始电化学体系和过渡金属体系的SERS研究。 　　从物理所出来的老师分散到全国各地，推动了全国不同地域的SERS研究 从田中群老师课题组，吉林大学的赵冰和徐蔚青老师课题组毕业或进修后的研究人员，推动了国内的SERS研究，形成了今天规模，并在国际上占据了重要的一席之地。 　　从SERS研究人员的领域分布来看，物理领域的研究者开始日益减少，而化学和生物医学方面的SERS应用研究的人员比例则在不断增加。厦门大学、吉林大学、苏州大学、中科院物理所等成为该领域具有重要影响力的单位。 　　任斌教授介绍到，&ldquo 近年，国际上从事SERS研究的人员几乎呈指数增长。今年只是以&lsquo 表面增强&rsquo 的关键词去搜索，一年已经有2000多篇文章，这已经是一个非常大的研究领域了。&rdquo 　　据介绍，国内外都有一些重要的学术会议为SERS人员提供了重要的交流平台。比如两年一次的全国光散射学术会议和国际拉曼光谱大会，SERS都是其中最大的分会。四川大学将主办2015年的全国光散射学术会议，今年的国际拉曼大会(ICORS)已经在德国耶拿召开，规模将达到900多人。任斌教授将专程前往参加。 　　SERS研究的&ldquo 热点&rdquo 不等于&ldquo 关键点&rdquo 　　近年来，SERS领域的研究&ldquo 如火如荼&rdquo 。任斌教授说，现在SERS领域最重要的研究方向是SERS基底的制备。从最初的电化学粗糙/沉淀、真空沉淀方法，到纳米粒子的合成。随着纳米科学的发展，人们可以精巧的控制纳米结构的组成、形状、大小，并能有序的对其进行组装。得益于此，利用SERS人们获得了单分子的检测灵敏度，取得了突破性的进展。最近，壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)的研究进一步拓宽了SERS的应用领域。同样利用表面等离激元增强原理的针尖增强拉曼光谱(TERS)技术因其高空间分辨率也得到了迅猛的发展。这些进展进一步推动了SERS技术在基础研究和工业应用领域的广泛应用。 　　SERS的另外一个研究热点是在高灵敏分析中的应用，涉及其在食品安全、环境、公共卫生等领域的分析应用研究。 　　不过，&ldquo 热点不等于关键点，&rdquo 任斌教授说，&ldquo SERS研究的关键在于如何通过对机理和机制的研究，发展方法，提高其重现性、可靠性。&rdquo 据介绍，在光散射专业委员会的组织下，每年在国内都召开一次小规模的SERS研讨会，专门讨论SERS领域存在的挑战性和亟待解决的关键问题。 　　&ldquo 从我个人理解，我认为SERS用于定量分析还有很远的路需要走，因为还没有什么技术可以保证SERS定量分析的可靠性。现在确实有些报道表明在一个很小的浓度范围内可以获得不错的线性相关系数，但要解决定量问题，必须严格按照分析方法的标准程序去做。要成为标准方法需要进行各方面的验证，比如不同的样品、不同批次的同类样品、不同的体系、有无干扰的情况下是否都可以得到可靠的结果。否则，研究工作只能停留于文章，难以得到实际应用。&rdquo 　　&ldquo 定量分析，一直是SERS领域一个挑战。谁要真正解决了定量的问题，他也就发财了。&rdquo 任斌教授开玩笑地说。 　　接着他分析到，&ldquo 纳米材料不同位点的增强效应不同，粒子靠近，耦合和增强效应就强，反之就弱。因此，SERS的定量分析首要的挑战是解决增强基底的均一性和可靠性。&rdquo 　　&ldquo 另外还有一个关键问题是检测方法的选择性。如果没有优异的选择性，无法应用于实际复杂的体系。拉曼得到的是分子自身的指纹信息，所有的接近SERS基底的分子都被增强。正因如此，在复杂体系中也将获得大量相互干扰的信息，甚至于受其他分子竞争吸附的影响，无法获得待测分子的信号。因此，必须发展方法，只让待测物质富集到表面进而被检测到。&rdquo 　　除此之外，还有一个&ldquo 有效期&rdquo 的问题，任斌教授说，&ldquo 如果合成的增强试剂放置一段时间就&lsquo 变质&rsquo 了，再高再均一的增强衬底都没有意义。&rdquo 　　&ldquo 对于基底制备及其&lsquo 有效期&rsquo ，目前还没有任何标准，标准委这边也还处在让大家提建议的阶段。&rdquo 　　显然SERS领域还存在不少问题，但是也正是因为如此，说明这个学科充满活力，还有很多事情可以做。&ldquo 如果解决了以上的问题，SERS将来会非常有用，可以说原来荧光能用的领域，SERS基本都可以用。&rdquo 任斌教授说。 　　SERS基底的产业化很难 　　国外已经有商品化的SERS基底和增强试剂，而国内这方面还有一定的距离。虽然很多课题组都在研究SERS在不同领域的应用，但是绝大多仅限于实验室研究阶段，是针对某一个样品在某一个特定条件或者环境下的使用。 　　据任斌教授介绍，2011年起，为了促进等离激元增强拉曼光谱(PERS)的应用，田中群院士领衔的仪器研发及应用项目所研发的壳层隔离纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)粒子已经在销售。从文献中，虽然看到国内个别单位声称已经获得很好的增强衬底，但是目前还没有看到很好的实际应用实例和产品。 　　对于国内SERS基底的产业化，任斌教授说&ldquo 挑战仍在&rdquo ，接着他分析了原因： 　　&ldquo 目前商品化的SERS基底虽然均一性较好，但增强效应普遍较弱，不能发挥SERS独特的优势。另外，使SERS基底对目标检测物具有极高的选择性是考察SERS基底的一个重要的指标。&rdquo 据悉，目前PERS项目组，已经在对SHINERS粒子进行功能化的修饰，已经进入实际样品分析阶段，但也还未到产业化阶段。 　　&ldquo SERS基底产业化的难度在于基底不同位点间增强效应的差别可以达几个数量级，这就要求SERS基底的产业化制备过程中能够实现均匀性的高度可控。目前还没有一个完美的方法可以获得高增强效应均匀性的衬底，这仍是SERS领域的挑战性的课题，目前仍有不少的人在努力。&rdquo 　　手持式拉曼光谱仪的未来命运与SERS基底&ldquo 休戚相关&rdquo 　　拉曼光谱仪曾经是科研实验室中的高端仪器，其价格也曾经&ldquo 高不可及&rdquo 。目前，单波长的共聚焦显微拉曼光谱仪器的价格已经降到了百万元以内，也已经在科研机构、分析检测中心和重要的企业得到了广泛的应用，但是离真正的普及还有一定的距离。手持式拉曼光谱仪由于其使用方便，价格便宜而受到不少单位的青睐，特别在公安、海关、考古等单位得到实际应用。在HORIBA拉曼学院中很多老师介绍了便携式拉曼仪器的应用以及未来的发展。 　　&ldquo 手持式拉曼未来市场巨大，&rdquo 任斌教授介绍到，&ldquo 手持式拉曼仪器的灵敏度远低于大型共聚焦拉曼仪器。因此，便携仪器应用通常局限于一些纯样品的检测，对于浓度较低的样品的检测还比较困难。目前的应用领域也比较局限，如毒品检测等。而对于很多涉及国计民生的浓度比较低的复杂样品的检测，如果没有SERS增强效应几乎是不可能完成。我相信，随着针对便携仪器的SERS应用方法的发展，手持式拉曼光谱仪将迎来其&lsquo 春天&rsquo 。&rdquo 　　如此看来，手持式拉曼光谱仪未来的应用前景与SERS的进展&ldquo 休戚相关&rdquo 。任斌表示，手持式仪器的技术门槛较低，国内与国外的研发水平差别已经很小了，最终应用将决定于增强源，没有增强源这台仪器几乎就&ldquo 废&rdquo 了。 采访编辑：叶建 　　任斌教授个人简历 　　厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室副主任(2010-) 　　福建省闽江学者特聘教授(2009-) 　　厦门大学教授 (2004-) 　　德国 Fritz-Haber 研究所，洪堡学者，访问学者 (2002-2003，2004) 　　美国纽约市立大学化学系访问学者(1997-1998) 　　厦门大学博士(1998) 　　厦门大学学士(1992) 　　研究兴趣 　　针尖增强拉曼光谱 表面增强拉曼光谱、应用和理论 等离激元光子学，纳米光学 拉曼和电化学技术在生物体系中的应用 界面电化学和光谱电化学。 　　课题组最新的研究进展 　　1. Label-free detection of native proteins by surface-enhanced Raman spectroscopy using iodide-modified nanoparticles. Li-Jia Xu, Cheng Zong, Xiao-Shan Zheng, Pei Hu, Jia-Min Feng and Bin Ren*, Anal. Chem., 2014,86(4), 2238&ndash 2245. 　　2. Activation of oxygen on gold and silver nanoparticles assisted by surface plasmon resonances. Yi-Fan Huang, Meng Zhang, Liu-Bin Zhao, Jia-Min Feng, De-Yin Wu*, Bin Ren* and Zhong-Qun Tian, Angew. Chem. Int. Ed, 2014,53(9), 2353&ndash 2357. 　　3. Probing the location of hot spots by surface-enhanced Raman spectroscopy: toward uniform substrates. Xiang Wang, Mao-Hua Li, Ling-Yan Meng, Kai-Qiang Lin, Jia-Min Feng, Teng-Xiang Huang, Zhi-Lin Yang* and Bin Ren*, ACS Nano, 2014,8(1) 528&ndash 536. 　　4. Revealing the molecular structure of single-molecule junctions in different conductance states by fishing-mode tip-enhanced Raman spectroscopy. Zheng Liu, Song-Yuan Ding, Zhao-Bin Chen, Xiang Wang, Jing-Hua Tian, Jason R. Anema, Xiao-Shun Zhou, De-Yin Wu, Bing-Wei Mao, Xin Xu, Bin Ren* and Zhong-Qun Tian, Nature Commun, 2011,2, 305.

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员孟国文课题组和美国西弗吉尼亚大学教授吴年强研究小组合作，在贵金属纳米结构组装及其表面增强拉曼散射(SERS)应用研究方面取得新进展，相关结果以封面论文发表在《纳米研究》(Nano Res. 2015, 8, 957-966)上。　　由于电磁增强作用，位于贵金属纳米结构表面的分子拉曼信号会得到数量级的增强，从而产生表面增强拉曼散射效应。表面增强拉曼散射技术具有分子“指纹”识别能力，在化学和生物分析等领域拥有广泛的应用前景。贵金属纳米结构表面具有大幅度增强局域电磁场的位置(一般位于10nm的间隙处)称为表面增强拉曼散射“热点”，是表面增强拉曼散射信号的主要来源。因此，在三维空间内增加“热点”的密集度将有效提高表面增强拉曼散射灵敏度。目前，构筑三维SERS基底的主要方式是将球形贵金属颗粒组装到非金属纳米结构阵列上。相关理论和实验研究表明，与球形贵金属纳米颗粒相比，带有棱角或尖端的贵金属纳米结构能够产生更强的局域电磁场，因而其组装体在间隙处更易产生“热点”。如果将这些纳米结构组装成三维SERS基底，有望得到高灵敏度SERS基底。　　该研究团队以ZnO纳米锥阵列作为牺牲模板，使用含有贵金属离子和特定表面活性剂的电解液，采用电沉积方法构筑多种贵金属纳米结构单元组装的纳米管阵列，例如由银纳米片、金纳米棒、铂纳米刺和钯纳米锥等结构单元组装的纳米管阵列。这些纳米结构单元具有显著的棱角和/或尖端 由其组装的纳米管阵列具有大量间隙，在三维空间内产生高密度的“热点”。因此所构筑的纳米管阵列具有很高的表面增强拉曼散射灵敏度。例如，银纳米片组装的纳米管阵列能够灵敏地检测浓度低至10fM的罗丹明6G (R6G)。这种银纳米片组装的三维SERS基底对高毒性有机污染物多氯联苯也表现出高表面增强拉曼散射灵敏度，并能够检测两种多氯联苯的混合物，表明该三维SERS基底在检测环境中高毒性有机污染物方面具有应用前景。　　相关工作得到科技部“973”计划、“中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划”和国家自然科学基金等项目的支持。图1. 论文的相关图片被选作期刊封面　　图2. (a)银纳米片组装的纳米管阵列的扫描电镜(SEM)照片 (b)折断的纳米管的SEM照片 (c)不同浓度R6G的SERS光谱 (d) 20μ M多氯联苯-77 (PCB-77)和10μ M多氯联苯-1 (PCB-1)的混合物溶液(曲线I) 以及30μ M的 PCB-1溶液(曲线II)的SERS光谱。

据美国物理学家组织网3月22日(北京时间)报道，美国科学家研制出一种超灵敏传感器，可使用其增强的拉曼散射来探测包括癌症信号、炸药等物质，其灵敏度比普通拉曼散射传感器增强了10亿倍。 　　拉曼散射是指光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起光的频率变化，1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉拉曼发现。在拉曼散射中，一束单色光照射到一个物体后，其反射光会包含另外两种频率的光，这两种光的频率仅与该物体的分子组成相关，这就潜在地提供了一种有效识别物质的方法。但由于这种额外的光太微弱，科学家几十年来很难将拉曼散射付诸于实践。 　　上世纪70年代，科学家研制出表面增强拉曼散射(SERS)技术，可以通过将所鉴别物质放在粗糙的金属表面或金、银小粒子之上来增强拉曼信号。但科学家随后发现，这种增强的拉曼信号仅出现在传感器表面的几个随机点上，很难预测其具体位置，仍然非常微弱。 　　而普林斯顿大学电子工程系教授斯蒂芬周领导的团队摒弃了以往设计和制造拉曼传感器的方法，研发出一种全新的SERS结构：一块芯片上布满一行行由金属和半导体组成的小柱子。 　　新传感器获胜的“秘密武器”就是这些小柱子的排列方式：每个柱子上部和底部各有一个由金属制成的中空部分 柱壁上布满直径约为20纳米的金属粒子(等离子体纳米点)，金属粒子之间有2纳米左右的空隙。金属粒子和空隙能显著增强拉曼信号 中空部分能捕捉光信号，让光多次而不是仅一次地通过等离子体纳米点，从而也能增强拉曼信号。迄今为止，该芯片的灵敏度比不经过拉曼增强而研制出的传感器高10亿倍，而且其灵敏度非常稳定，能可靠地应用于感应设备中。 　　除灵敏度大增之外，借助纳米压印技术和纳米粒子自组装技术，新芯片能实现高质量、规模化制造，研究人员已经在4英尺的晶片上制造出这些传感器。 　　美国海军研究实验室的科学家也在进行相关实验，希望军队也能使用该技术探测化学物质、生物试剂和炸药。

微塑料通常被定义为尺寸小于5 mm的塑料碎片，在海洋、陆地、淡水系统中均有所发现，对环境安全和生物健康均有一定程度的影响。更令人担忧的是，微塑料通过机械磨损、光降解和生物降解等作用会进一步分解，形成尺寸更小的微塑料甚至是纳米塑料。它们的危害可能更大，因为它们可以穿过生物膜并容易在不同组织间转移，如果吸入空气中的微纳塑料甚至可以穿过肺组织。据已有的研究显示，应用在微塑料检测的传统技术仅能检测到10 μm 左右的大小，远远不能满足当前和未来研究的需要。因此，迫切需要开发适用于小尺寸微纳塑料的检测新方法。表面增强拉曼光谱（SERS）技术是一种强有力的基于拉曼光谱的原位分析技术。一般来说，分子的拉曼效应很弱。然而，当这些分子被吸附在贵金属（例如金和银）的粗糙表面时，分子的拉曼效应会大大提高。甚至可以在单分子水平上获得高灵敏度。在我们之前的研究工作中，首次报道利用SERS技术实现了环境纳米塑料的检测（EST, 2020, 54(24): 15594）。但是，采用的商业化Klarite基底的高昂成本使其不适宜广泛大规模的应用。因此，本研究利用一种低成本的具有大量有序的V型纳米孔阵列的阳极氧化铝（AAO）模板，通过磁控溅射或离子溅射将金纳米粒子沉积在模板上，开发得到用于小尺寸微纳塑料检测的 SERS 基底（AuNPs@V-shaped AAO SERS substrate）。由于AAO模板中纳米孔阵列特殊的V型结构以及有序规则的排列，使得AuNPs@V-shaped AAO SERS基底可以提供大量“热点”和额外的体积增强拉曼效应，在检测微塑料时表现出高 SERS 灵敏度。图1 摘要图本研究首先使用不同尺寸（1 μm、2 μm和5 μm）的聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）两种标准样品在AuNPs@V-shaped AAO SERS基底和硅基底上进行检测，并计算相应的增强因子（图2、图3）。结果显示，单个PS和PMMA两种颗粒在硅基底上均不能检测到1 μm的尺寸大小，且其他尺寸的拉曼信号强度也相对较弱。而在AuNPs@V-shaped AAO SERS基底上，在相同的检测条件下，各尺寸的单个PS和PMMA颗粒的拉曼信号强度大大增强，且1 μm的PS和2 μm的PMMA都有拉曼信号检出。增强因子的计算结果显示，使用AuNPs@V-shaped AAO SERS基底检测单个微塑料颗粒可获得最大20倍的增强效果。此外，通过比较磁控溅射和离子溅射两种沉积方式所分别形成的基底检测微塑料的拉曼光谱结果和增强因子计算结果，我们可以得出磁控溅射所形成的基底具有更好的检测性能。这个结果可以联系到SERS基底的扫描电镜表征结果（图4）进行解释，磁控溅射所形成的金纳米层更加细腻平整，而离子溅射所形成的金纳米层出现了一定的团聚，导致形貌结构较为粗糙，因此信号强度有所减弱。图2：PS的拉曼检测。（a）不同尺寸的单个PS颗粒在硅基底上的拉曼光谱；（b）显微镜下不同尺寸的单个PS颗粒在硅基底上的形态分布；（c）不同尺寸的单个PS颗粒在离子溅射形成的SERS基底上的拉曼光谱；（d）不同尺寸的单个PS颗粒在磁控溅射形成的SERS基底上的拉曼光谱；（e）显微镜下不同尺寸的单个PS颗粒在磁控溅射形成的SERS基底上的形态分布；（f）显微镜下不同尺寸的单个PS颗粒在离子溅射形成的SERS基底上的形态分布；（g）增强因子的箱线图。图3：PMMA的拉曼检测。（a）不同尺寸的单个PMMA颗粒在硅基底上的拉曼光谱；（b）显微镜下不同尺寸的单个PMMA颗粒在硅基底上的形态分布；（c）不同尺寸的单个PMMA颗粒在离子溅射形成的SERS基底上的拉曼光谱；（d）不同尺寸的单个PMMA颗粒在磁控溅射形成的SERS基底上的拉曼光谱；（e）显微镜下不同尺寸的单个PMMA颗粒在磁控溅射形成的SERS基底上的形态分布；（f）显微镜下不同尺寸的单个PMMA颗粒在离子溅射形成的SERS基底上的形态分布；（g）增强因子的箱线图。图4：AAO模板和SERS基底的扫描电镜表征。（a）空白的AAO模板；（b）经过离子溅射形成的SERS基底；（c）经过磁控溅射形成的SERS基底；（d）（e）微塑料标准样品在基底上的形态分布。之后，本研究采集了雨水作为大气样品，对基底检测实际样品的能力进行了测试。采集到的雨水样品经过过滤、消解等前处理后，被滴加在基底上进行后续的拉曼检测，获得若干疑似微塑料的拉曼光谱。通过将这些采集到的拉曼光谱与标准微塑料样品的拉曼光谱进行比对，找到了雨水样品中所含有的微纳塑料颗粒，证实了大气中微塑料颗粒的存在以及基底检测实际样品的能力。图5：雨水样品的检测。（a）在基底上发现的疑似微塑料颗粒，尺寸约为2 μm × 2 μm；（b）疑似微塑料颗粒的拉曼光谱。该研究了提出了一种新型的适用于环境微纳塑料检测的低成本SERS基底，具备热点均一、增强效果好的优点，有望推广到环境各介质中微纳塑料的检测，为尺寸更小的纳米塑料检测分析提供了新方法。

近日，《人民日报》刊文《最重要的是把自己的事做好》，文中指出：“一项项落后、一次次封锁，却成就了一件件科技自立、创新自主的传奇。”作为正在从工业大国向经济强国转变的经济体，中国要实现经济高质量发展，占领世界产业链价值链位置的高端，必须在关键核心技术上走自主创新之路，实现战略性突破，才能保证重要产业和高技术产业的安全。作为中国本土民族品牌，专注拉曼快检行业的简智仪器始终坚持自主创新，科技自立，在拉曼光学快检领域展现中国品牌应有的实力。回顾近几年拉曼光谱技术的飞速发展，很大程度上得益于SERS表面增强技术的突破。使用SERS技术，可以实现拉曼信号超万倍的增强，使得原本很弱的拉曼散射，在测试痕量物质时变得可行。本着中国本土民族品牌自主创新的企业理念和社会责任感，在2019年1月的新品发布会上，简智仪器发布公司第一款产品级的SERS增强芯片。该款SERS增强芯片基于表面等离子体共振技术，可用于食品安全、生物医药、毒品爆炸物等众多领域的痕量检测检测。在芯片的核心区域上，简智仪器制作了纳米级精度的有序点阵结构，使光散射得到光子级别的均匀控制，从而让待测分子的拉曼特征信号得到最大程度的展现而不失真。为了增强这款芯片的普适性，让它对不同类型、不同状态下的分子都能做到精准捕捉、精确呈现，简智仪器对阵列的构型、点阵间隙距离参数等都进行了精心的设计，并用最为先进的组装技术原位实现。最终在这款芯片上，不同分子可以在点阵微结构的不同作用部位得到信号增强，使得这款芯片能广泛适用于不同领域和场合的快速检测。这款芯片的应用性能总结来说有以下优点：1.灵敏度高：对于绝大多数分子，这款芯片的增强灵敏度达到5个数量级以上，可以做到痕量检测。2.重现性强：芯片的结构和先进的工艺技术使得它在检测中表现出高度稳定性和可重复性，批间测试差异极小。3.适用性广：应用这一款芯片可以解决不同样品的检测需求，极大提高了检测的便捷性。4.识别性好：由于光子级别的散射控制，拉曼特征信号可以被准确呈现，使待测物可以被精准地识别出来，给检测带来便利。此外，简智仪器还研发了新型表面增强SERS试剂，这是简智坚持不断创新研发，经改进后的第3代试剂，包含6种常规型号，其中4种金胶，2种银胶，具有适用范围广、高稳定性及特异性等特点，适用于食品安全、生物医药、物质表征等领域。简智仪器始终与千万中国本土民族科技企业一样坚信，最重要的是把自己的事做好，简智将继续专注拉曼快检领域，坚持自主创新，为中华民族的伟大复兴，贡献科技力量！

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现阶段，贩毒手段花样百出，毒贩们把The drug进行多层伪装，意图骗过检查而谋取暴利，The drug的快速检测对于推断The drug来源、抑制The drug传播和打击The drug犯罪都起着重要作用。公安以及海关缉毒等部门通常采用先快速筛查、再确证的方法查毒，也就是先用试剂盒或试纸条等快速判断The drug是否存在,然后用气相色谱-质谱联用技术进行最终的确认。试剂盒或试纸条一般基于胶体金免疫层析技术，具有简便和低成本优势，但是受限检测环境温度和人为操作的影响，干扰因素多，检测准确性低。而且对于混合物检测效果不明显，毒贩会在The drug中添加一些稀释剂（如葡萄糖、淀粉等）和一些掺假剂（如咖啡因、非那西汀等），这些掺入的成分分子量较大，分子极性强，它们与The drug构成的混合物会进明显干扰试剂盒或试纸条的可靠性，以至于对于浓度稍低的The drug混合物，试剂盒或试纸条经常出现假阳性或测不出结果。色谱、质谱等方法则操作复杂，耗材昂贵，检测时间长，不适合现场快速检测环节。厦门赛纳斯科技有限公司的革新技术（表面增强拉曼光谱技术）在The drug现场快速检测方面有着明显的优势。拉曼光谱作为分子振动光谱技术的一种，可以高灵敏度分析化学物质的结构和组成。其突出优点是可以实现非接触性和无损性检测；所需样品量很少，也无需进行复杂预处理，检测速度也很快，操作也简便；结合表面SERS增强技术，拉曼可以对The drug实现高灵敏度的探测。厦门赛纳斯手持式拉曼光谱仪SHINS-P1000，它采用1064nm激光光源，具有抗荧光干扰强，灵敏度高等卓越的光谱性能，轻巧便携的体积，采用革新技术（表面增强拉曼光谱技术）能够百万倍地增强痕量物中的拉曼信号，一键采集，无需接触样品，支持自建谱库，同时配有齐全的谱图库和强大的分析软件，几十秒内快速给出检验结果，现场执法拍照取证，智能辅助，并支持多种数据传输和数据管理，实现功能性与用户需求完美合一，为执法部门进行The drug快筛提供了一个很好的新工具。鉴于低纯度The drug的检测更具有实际意义，我们将海洛因、阿法甲基硫代芬太尼待测The drug稀释到100ppm，将样品滴在增强拉曼芯片上，使用厦门赛纳斯手持式拉曼光谱仪SHINS-P1000拉曼设备使用进行检测。下图展示了The drug检测结果由上图可以看出，这两种The drug均有丰富的拉曼特征位移峰，并且拉曼峰的信噪比较高，各种The drug的特征峰峰位相互间均有较大差异，比较容易区分出来。经过sers增强后，样品检测下限很低，并且检测时间可以控制在三十秒以内。测试过程中样品处理过程简单，这非常有助于现场快速筛查。

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《自然》杂志刊登我国科学家在增强拉曼光谱方法研究方面取得的重要进展 　　2010年3月18日出版的英国《自然》杂志(Nature 2010， 464, 392-395)发表了厦门大学化学化工学院田中群教授研究组与其合作者在壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱方法方面的重要研究进展。 　　该研究组与美国佐治亚理工学院王中林研究组合作，提出并建立了壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)方法，从而首次在电化学控制条件下获得了多种分子或离子吸附在铂、金等单晶电极上的表面拉曼光谱。他们采用时域有限差分法(FDTD)对有关增强效应进行模拟，理论和实验结果吻合得很好。利用壳层隔绝纳米粒子增强表面光谱信号的思路有望拓展至表面红外光谱、和频振动光谱和荧光光谱等其它谱学技术。他们进一步用该方法检测了半导体硅表面物种、细胞壁组分乃至橘子皮的残留农药，结果证明SHINERS可以应用于检测各类材料的最表层化学组分和任何形貌的基底，使得表面拉曼光谱提升为更为通用和实用的方法。文章发表同时，Nature杂志在该辑另文介绍了该方法的科学和实用意义。 　　田中群研究组该方面的研究得到国家自然科学等基金的长期支持。

基于喷雾干燥技术的表面增强拉曼光谱研究进展水污染是一个全球性问题，威胁着人类健康并损害生态系统的健康。水污染物含有多种对人体健康和生态系统产生不利影响的重金属和有机化合物，需要及时发现和分析以维持环境，同时可以尽量减少对人类健康的危害和对生态系统健康的损害。水样中重金属的检测常用检测方法如下原子吸收光谱法(AAS)阳极溶出伏安法(ASV)电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)电化学检测除了以上常用检测方法外，还可以利用喷雾干燥方法结合拉曼光谱技术-表面增强拉曼光谱(SERS)来测定水中污染物。SERS 技术是一种简便、快速进行有机化合物痕量分析的技术。与传统的拉曼光谱相比，它可以获得信号得到显著增强的拉曼光谱。SERS 中的拉曼增强发生在两个或多个聚集的金属纳米颗粒的连接处，即所谓的热点；贵金属纳米颗粒的聚集程度是 SERS 中拉曼信号增强效果的关键决定因素。喷雾干燥法是将储存溶液中的微小液滴雾化，研究者可以通过改变液滴的大小和液滴内纳米颗粒的浓度来控制纳米微粒的聚集程度。纳米微粒的形成是由于液滴内部溶剂蒸发的结果(图1)。同时，喷雾干燥法也可以在不添加表活物质的情况下制备纳米微粒。该方法获得的纳米微粒可以在使用中将探针分子困在热点中，获得比使用传统 SERS 衬底的方法更有效的信号增强效果。在使用传统 SERS 方法时，通常需要通过将待分析溶液滴到衬底上的方式使探针分子分散到热点附近。也可以将 SERS 制备成溶胶，在测试过程中需要添加表面活性剂，这导致在目标物质信号被放大的同时，表面活性剂的拉曼信号也被放大，会干扰测试。而采用喷雾干燥法制备的纳米微粒可避免这些情况的发生。▲图1，用于制备纳米银微粒的喷雾干燥系统示意图本研究采用喷雾干燥方法制备纳米微粒用于探针分子的痕量分析。首先，研究者采用定制化的喷雾干燥系统制备纳米微粒。之后研究制备的银纳米微粒的大小如何影响探针分子（罗丹明B）的 SERS 信号。最后，我们雾化了银纳米粒子和探针分子罗丹明 B 的预混合溶液，以促进探针分子在热点的捕获，从而进一步增强探针分子拉曼信号。1材料在本研究中选择银纳米颗粒(AgNPs)。购买主粒径为 30 nm的AgNP颗粒(Ag Nanocolloid H-1, Mitsubishi Materials Corporation)，用超纯水(18.2 MΩ cm)稀释，得到 0.01wt% 和 0.1wt% AgNP 溶胶。罗丹明 B (RhB)作为探针分子。所有材料均未经进一步提纯使用。2采用喷雾干燥法制备 AgNP 微粒用含有 AgNP 的雾化液滴制备用于 SERS 测试的 AgNP 微粒。实验装置示意图如图1所示。液滴雾化使用了一个定制的系统，该系统带有加压双流体喷嘴。当加压气体被引入时，液体样品通过喷嘴内出现的负压被吸入系统。在喷嘴内形成一层液体膜，然后在剪切应力的作用下分解成液滴。在雾化之前，将超纯水与 AgNPs 溶胶混合，以进一步稀释溶胶中任何浓度的潜在污染物。使用氮气作为干燥气和雾化气，将雾化后的液滴从喷嘴输送到加热区。再以 4.5 L/min 的流量将 N2 气体引入加热区，将雾化后的液滴加热至 150℃，促进溶剂蒸发，使 AgNP 气溶胶干燥。雾化系统总流量为 6.9 L/min，液滴停留时间为 0.93s。最后，使用定制的冲击器将干燥气溶胶形式的 AgNPs 沉积在直径为 14mm 的铜制圆形基板上。撞击喷嘴直径为 1mm，因此 AgNPs 以 17L/min 的流速加速撞击。在 SERS 实验前，将沉积的 AgNP 在常温常压下保存 24h。本次共制备四种不同粒径的 AgNPs 微粒，并对其在 SERS 分析中的敏感性进行了检验。雾化 0.01wt.% 的溶胶得到的 AgNP 微粒粒径最小，雾化 0.1wt.% 的溶胶得到的 AgNP 微粒粒径最大。溶胶中 AgNP 的浓度直接影响单个液滴中 AgNPs 的数量。此外，采用差分迁移率分析仪对制备的四种 AgNPs 微粒进行颗粒度分析，四种微粒的平均粒径分别为 48、86、151 和 218nm。3SERS 分析将制备的四种不同大小的 AgNPs 微粒用于微量罗丹明 B 溶液的 SERS 信号获取。 将 100μL 一定浓度的罗丹明 B 标准水溶液滴在铜基底上制备的 AgNP 微粒上。采用 532nm 激光器，在激光功率为 0.157mW，曝光时间为 1s 的条件下获得 SERS 谱图。每个样品在不同位置获得十几张 SERS 光谱。利用数据处理软件对所得光谱进行背景减除，并获得罗丹明 B 位于 1649 cm&minus 1 处的峰强度。4尺寸和形态表征图2 显示了用浓度分别为 0.01wt% 和 0.1wt% 的 AgNg 溶胶喷雾制备的微粒的尺寸分布。可以看到二者的平均尺寸分别约为 38nm 和 66nm，前者微粒的大小与纯 AgNP 颗粒(~ 30nm)的大小大致一致，这证明前者微粒中主要为纯 AgNP 颗粒。后者微粒增大可归因于 AgNPs 浓度的增加，即溶胶浓度的增加。这表明由 0.1wt% 溶胶喷雾干燥得到的微粒中有聚集。由此可知，用该喷雾干燥系统得到的微粒大小可通过气溶胶浓度的大小控制。▲ 图2，由 0.01wt%、0.1wt% 和 0wt% 的纳米银溶胶喷雾干燥获得的纳米银微粒的粒径大小▲ 图3，沉积后纳米银微粒的SEM图像和尺寸分布。(a, e) 48 nm， (b, f) 86 nm， (c, g) 151 nm， (d, h) 218 nm图3 的 SEM 图像分别显示了在未添加探针分子(即RhB)情况下沉积在铜板上的四种纳米银微粒的相应尺寸分布。由 0.01wt% 的纳米银溶胶喷雾干燥获得的微粒形成了亚单层膜(图3a)，颗粒的平均测量尺寸为 48nm(图3e)，与制备溶胶前的纯颗粒尺寸(30nm)和气溶胶颗粒尺寸(38nm)基本一致，这表明滴在铜板上的纳米银微粒并未明显聚集。如 图3f 和 图3g 所示 3b 和 3c 的纳米银微粒的尺寸为 86 和 151nm。由 0.1wt% 溶胶制备得到的纳米银微粒形成了更大的球形聚集体(图3d)，尺寸为 218nm (图3h)，是气相测量中发现的 AgNP 气溶胶(图2)的两倍多。气相测量和 SEM 观察之间的这种尺寸差异可能归因于颗粒反弹效应。只有大的 AgNPs 微粒才能更好地沉积，因为微粒与基底之间的接触面积较大，所以具有较高的附着力。最终使用两种浓度的溶胶和 DMA，我们制备了四种不同尺寸的微粒：48、86、151 和 218 nm。5拉曼增强效果与微粒尺寸大小有关图4 显示了不同浓度的罗丹明 B(分别为 10&minus 6、10&minus 8 和 10&minus 10 M)，用四种纳米银微粒（尺寸分别为 48、86、151 和 218nm 时）获得的 SERS 光谱。在罗丹明浓度为 10&minus 6 M 时，采用四种纳米银微粒获得的谱图在 500-1700 cm&minus 1 处都均能清晰地观察到罗丹明 B 的所有特征峰(图4a)。表1 列出了罗丹明 B 的拉曼特征峰归属。其中，1649 cm&minus 1 处的 C-C 伸缩振动信号最为强烈，因此被用作计算 AEF，用于评价拉曼信号的增强情况。在未采用 SERS 增强时，没有观察到罗丹明 B 的特征峰(图4a)，这证实了纳米银微粒对罗丹明 B 的拉曼信号起到了增强作用。▲ 图4，(a) 10&minus 6 M， (b) 10&minus 8 M， (c) 10&minus 10 M 浓度下罗丹明 B 溶液的 SERS 光谱。箭头表示罗丹明 B 的拉曼特征峰(表1)表1，罗丹明 B 的主要特征峰及特征峰归属拉曼位移（cm-1）特征峰归属1199C-C 键的伸缩振动1281C-H 键的弯曲振动1360芳香基 C-C 键的弯曲振动1528C-H 键的伸缩振动1649C-C 键的伸缩振动6AgNPs 溶胶和探针分子混合后喷雾干燥图4 和 图5 表明，尺寸为 86nm 的 AgNP 微粒是信号增强效果是最好的。研究者又过在喷雾干燥前将罗丹明 B 溶液与 AgNP 溶胶进行预混合(即采用预混合雾化途径)，制备微粒。进一步探索了微粒的拉曼增强效果。图6显示了浓度为 10&minus 6、10&minus 8 和 10&minus 10 M 的罗丹明 B 溶液在 86nm AgNP 微粒中的 SERS 光谱。▲图5，粒径为 48、86、151和 218nm 的 AgNP 微粒在 浓度为 10-6 和 10-8 M 罗丹明 B 的 AEF 值。部分测试未获得罗丹明 B 特征峰，因此未计算 AEF 值▲图6 采用 AgNP 溶胶与罗丹明 B 预混后获得的微粒对浓度分别为(a) 10&minus 6 M， (b) 10&minus 8 M， (c) 10&minus 10 M 的罗丹明 B 溶液进行信号放大获得的 SERS 光谱▲图7 喷雾干燥制得 86nm 纳米银颗粒后加入罗丹明 B 溶液和罗丹明 B 溶液与 86nm 纳米银微粒预混后喷雾干燥后的 AEF 值▲图8 （a）喷雾干燥后滴入罗丹明B溶液 （b）罗丹明B 溶液与微粒预混后喷雾干燥7结论本研究采用喷雾干燥方法制备高灵敏度的纳米银微粒。使用定制的系统制备了粒径为 48、86、151 和 218nm 的 AgNP 微粒。滴入10&minus 6 M 罗丹明 B 溶液后，48、86、151 和 218nm AgNP 微粒的 AEF 值分别为 2.4 × 103、4.2 × 103、3.3 × 103 和 4.0 × 103，而滴入 10&minus 8 M 罗丹明 B 溶液后，86和 151nm 微粒的 AEFs 为 3.4 × 104 和 2.2 × 104。我们发现 86nm 的 AgNP 微粒是本研究中最敏感的纳米结构。与 218nm AgNP 微粒相比，86nm AgNP 微粒的拉曼增强效果更好，这是由于高浓度溶胶制备的 AgNPs 微粒中电子云变形，降低了它的拉曼增强效果。在喷雾干燥前将罗丹明 B 溶液与 AgNP 溶胶预混后获得的拉曼增强效果较喷雾干燥后加入罗丹明 B 溶液更强。在测试浓度为 10&minus 6 M 和 10&minus 8 M 的罗丹明 B 溶液时，预混后喷雾干燥得到 86nm 微粒的 AEF 值分别为 5.1 × 104 和 3.7 × 106。该方式获得的 AEF 值分别是喷雾干燥后加入方式的 12 倍和 110 倍。该方法应该是更适合用于环境污染物痕量分析的方法。8文献引用Chigusa M. etc. Development of spray‐drying‐based surface‐enhanced Raman spectroscopy. Scientific Reports （2022）12：4511雷尼绍公司总部位于英国，自上世纪九十年代 开始提供显微拉曼光谱仪，是最早的商用显微拉曼供应商之一，一直在拉曼光谱领域是公认的领导者。雷尼绍为一系列应用生产高性能拉曼系统，具有完备的光谱产品系列：inVia 系列显微共焦拉曼光谱仪、 RA802 药物分析仪、 RA816 生物组织分析仪、Virsa 高性能光纤拉曼系统、Raman-AFM 联用系统接口、 Raman-SEM 联用系统等。 凭借优越的产品性能及完善的售后服务， 雷尼绍光谱产品系列极大地提高了客户的研发能力和科研水平，被广泛应用于高校科研和制药、材料、新能源、光伏等多个领域研发中。瑞士步琦公司是全球旋转蒸发技术的市场领先者，并且在中压分离纯化制备色谱，平行反应，喷雾干燥仪和冷冻干燥仪，熔点仪，凯氏定氮仪和萃取仪以及实验室/在线近红外等方面是全球市场主要的供货商。我们相信通过提供高质量的产品和优质的服务，我们能给广大的客户在研究开发创新和生产上提供强有力的支持。我们的所有产品均符合“Quality in your hands” (质量在您手中) 理念。我们始终致力于开发坚固耐用、设计巧妙、便于使用的产品与解决方案，以便满足客户的最高需求。凭借小型喷雾干燥仪 B-290 和 S-300，瑞士步琦巩固了其 40 多年来作为全球市场领导者的地位。实验室喷雾干燥仪融合卓越的产品设计与独特的仪器功能，可为用户提供极佳的使用体验。使用实验室喷雾干燥仪可安全处理有机溶剂；S-300 配备的自动模式可节省大量时间，让整个实验过程调节和可重现性更高；远程控制可以带来极致的灵活性，同时方法编程让操作变得对用户更友好。

随着技术的进步以及相关应用的拓展，拉曼光谱技术呈现了越来越诱人的应用前景，特别是在生命科学领域，不仅引领了前沿研究，而且与人类的生活越来越贴近。拉曼光谱作为一种无损、无需标记的分析方法，能够从分子层面对生命科学领域的样品提供丰富的信息，可在不损伤细胞的条件下实时动态地监测细胞分子结构变化，而且拉曼成像还可以提高疾病的早期检测技术水平。疾病快速筛查、手术辅助治疗、癌症标志物检测等领域的一系列应用已经为大家勾画了美好的蓝图，让大家对其产生了更多期待。随着新冠疫情的蔓延，新冠病毒检测新方法的开发一直是大家关注的焦点。不少业内人士都表示，希望拉曼光谱技术可以在新冠病毒检测方面发挥作用，据悉目前国内外有不少单位或者课题组正在开展相关的研究。据科技日报报道，美国约翰斯霍普金斯大学开发出一种基于表面增强拉曼光谱方法的新冠病毒传感器，可同时提高准确性和检测速度，有望彻底改变病毒检测方式。据介绍，该传感器基于大面积纳米压印光刻、表面增强拉曼光谱和机器学习技术，可通过一次性芯片形式在刚性或柔性表面进行大规模测试。它不需要样品制备和操作专业知识，与现有的检测方法相比具有强大的优势，特别适用于大规模群体检测。该技术的关键是研究人员开发的大面积、柔性场增强金属绝缘体天线（FEMIA） 阵列。唾液样本被放置在材料上并使用表面增强拉曼光谱进行分析，该光谱使用激光来检查样本分子如何振动。由于纳米结构的FEMIA显著增强了病毒的拉曼信号，因此该系统可快速检测病毒的存在，即使样本中仅存在少量痕迹。该系统的另一项重大创新是使用先进的机器学习算法来检测光谱数据中非常微妙的特征，使研究人员能够查明病毒的存在和浓度。传感器材料可放置在从门把手、建筑物入口到口罩等任何类型的表面上。图片来源：KAM SANG KWOK和AISHWARYA PANTULA/约翰斯霍普金斯大学“这项技术就像在设备上滴一滴唾液，然后得到阴性或阳性结果一样简单。”约翰斯霍普金斯大学机械工程副教授伊桑巴曼说，其新颖之处在于这是一种无标记技术，这意味着不需要分子标记或抗体功能化等额外化学修饰。传感器最终可用于可穿戴设备。巴曼称，这项新技术产品尚未在市场上销售，它弥补了两种最广泛使用的新冠病毒检测方式的局限性。PCR（聚合酶链式反应）检测非常准确，但需要复杂的样品制备，在实验室处理结果需要数小时甚至数天；另一种抗原检测则在检测早期感染和无症状病例方面不太成功，还可能导致错误的结果。新传感器几乎与PCR检测一样敏感，并且与快速抗原检测一样方便。在初始检测期间，该传感器在检测唾液样本中的新冠病毒方面表现出92%的准确度，与PCR检测不相上下。该传感器在快速确定其他病毒方面也非常成功，包括H1N1和寨卡病毒。“我们的平台超越了当前的新冠病毒检测。”巴曼说，“我们可将其用于针对不同病毒的广泛检测，例如，区分新冠病毒和H1N1，甚至是变体。这是当前快速测试无法轻易解决的主要问题。”

随着国家食药环侦的工作推进，各地食品安全问题频频暴雷！只有严格的抽检及稽查力度，才能肃清食品安全的“行业潜规则”。“毒奶粉 ”、“地沟油”和“毒豇豆”等典型事件，敲响了食品安全的“警钟”。食品安全问题不仅关系到经济的发展，更关系到社会的稳定。同时当前食品安全检测技术与设备落后等问题，迫使相关监管部门亟需找到一种快速、灵敏和可靠的检测手段保障食品安全。目前检测方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱联用仪等方法，这些检测法虽具灵敏度高、准确性好等特点，但耗时耗力、成本昂贵，对样品的净化要求苛刻，难以实现现场快速定性筛选。表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)是一种新型化学分析和检测手段,快速检测的特点，迅速成为监管部门的稽查“利器”。ATR3000FD是奥谱天成基于拉曼SERS增强技术研发的便携式拉曼食品安全检测系统，更小的体积和更轻的重量，使得ATR3000FD的使用和携带非常方便。无论在实验室、快检室、检测车等多种场所，都能轻松高效完成检测任务，目前全国多地市场监督管理、食药环侦等部门均已配备奥谱天成ATR3000FD。拉曼光谱(Raman spectroscopy )是一种能够表征分子振动能级的光谱，具有极高的分子特异性，但其散射强度较弱，且易受到荧光干扰。SERS技术快速、灵敏、无损，具备分子指纹专一性和单分子灵敏性等特点，能在分子水平上提供物质结构的丰富信息，已逐渐成为化学、生物、环境、食品等领域一种强有力的检测手段。当目标分子被吸附到某些粗糙的金属表面上时，它们的拉曼散射强度会比常规拉曼增强104 ~1014倍。ATR3000FD操作简便，中文全自动识别软件，显示操作步骤及辅助视频，一键解锁，显示结果，数据上传，并配有拉曼谱图。基于强大的增强数据库及云计算处理技术，上机检测仅需数秒钟。应用实测演示测试仪器：ATR3000FD便携式食品安全检测仪测试对象：辣椒面、小米、鱼肉测试目的：不同样品是否含有非法添加或兽药残留(辣椒面中检测苏丹红一号、小米中检测碱性嫩黄、鱼肉中检测孔雀石绿)测试样品：测试方法流程及结果： 打开仪器的开关和平板开关，确保平板上的各连接线连接完好不松动，打开桌面上的食品检测软件如下图所示，可以选择云登录，未联网情况下可以选择离线登录，其中云登录的检测项目更多。登录后，检测方法选择拉曼，物质类别根据样品属类选择，包括兽药残留、农药残留、减肥类保健食品等多种，如下图所示。以检测辣椒粉为例，选择非食用化学物质类别，点击选择检测辣椒粉中的苏丹红一号项目，进入下图所示的检测界面，显示出基础信息和操作步骤，同时可以查看操作帮助和视频指导。待前处理完毕，将检测瓶放入检测池，点击云检测，几秒后出结果：检出或未检出，同时可以查看谱图、热敏打印等。小米和鱼肉的检测界面如下：检测后，通过U盘可以从历史记录中导出数据和PDF格式的检测报告，如下图。检测报告结论 通过ATR3000FD便携式拉曼食品安全检测仪对几种食品的检测，能够看出增强拉曼技术运用到食品检测有很大优势，经过谱图库的对比，可以快速鉴定食品有没有非法添加。 奥谱天成ATR3000FD便携式拉曼食品安全检测仪，已在全国各地的食药环侦行动中大展身手，相关案例可以咨询工作人员获取！奥谱天成致力于开发国际领 先的光谱分析仪器，立志成为国际一 流的光谱仪器提供商，基于特有的光机电一体化、光谱分析、云计算等技术，形成以拉曼光谱为拳头产品，光纤光谱、高光谱成像仪、地物光谱、荧光光谱、LIBS等多个领域，均跻身于世界前列，已出口到全球50多个国家。◆ 科技部“重大科学仪器专项计划”承担者；◆ 国家海洋局重大产业化专项项目承担者；◆ 主持制定《近红外地物光谱仪》国家标准；◆ 国家《拉曼光谱仪标准》起草单位；◆ 福建省《便携式拉曼光谱仪标准》评审专家单位；◆ 厦门市“双百人才计划”A类重点引进项目（最 高等级）；◆ 国家高新技术企业；◆ 2021福建省科技小巨人。

单分子及痕量分子水平检测是人类对物质世界认知的一贯追求。自从1974年表面增强拉曼光谱（SERS）发现以来，到1997年，单分子表面增强拉曼散射（SM-SERS）现象的发现，SM-SERS技术的检测能力达到了超灵敏的单分子水平，从而受到了物理、化学和生物医学等研究者的广泛青睐。然而，经过二十余年的发展，面对目前商业化和实际应用需求，SM-SERS的超高灵敏度的优势尚未在多种分子和真实样品检测中得以充分发挥。从SERS到SM-SERS，电磁场增强机制及热点效应一直在其理论研究方面占据主流地位。在过去的几十年里，研究人员主要关注了光-纳米结构的相互作用这一基本科学问题，通过纳米技术创造了各种类型的SERS基底并实现了对热点的调控。然而，1997年所报道的SM-SERS呈现出一种典型的“on and off”时序波动现象，这种闪烁信号行为在SM-SERS的实际应用中是非常不利的。因为，商业检测中更需要高度可重复、均匀、稳定的SERS及SM-SERS信号。图1 (a) SERS的传统概念 (b) 1997年，SM-SERS中活性位点概念 (c) 本工作所提出的限域增强拉曼光谱概念针对以上问题，西安交通大学生命学院方吉祥教授团队基于对早期SERS和SM-SERS研究的深入理解，及分子-纳米结构相互作用及相关机制进行深入研究，提出了一种限域增强拉曼光谱（CERS）新概念及避免SM-SERS闪烁信号的新机制，在SM-SERS信号稳定性、重现性及灵敏度方面，均得到显著提升。该方法是在SERS检测过程中，在银、金甚至其他等离激元纳米材料表面原位构建一个活性的封装壳层(图1)。这种活性封装壳层可以将待测分子限域并锚定在等离激元纳米粒子表面，以避免待测分子的吸附-解吸附行为，从而避免SM-SERS光谱的闪烁信号。本工作首次在金胶体纳米粒子体系中实现对待测物的超高灵敏度、高稳定性和高信号重复性的单分子/少分子水平的检测。此外，在实际应用中，可以通过设计具有不同组分的封装壳层，使该策略广泛适用于包括生物医学诊断、催化反应机制研究等多种分子系统的SM-SERS检测。该研究成果以“限域增强拉曼光谱”（Confined Enhanced Raman Spectroscopy）为题2023年12月13日发表在国际权威期刊《纳米快报》（Nano Letters）上。西安交通大学生命科学与技术学院为本工作第一作者及通讯作者单位，该研究得到了厦门大学化学化工学院李剑锋教授及南京大学化学与化工学院龙亿涛教授的帮助与支持。以上工作得到了国家自然科学基金、西安交通大学创新团队项目支持。

单分子及痕量分子水平检测是人类对物质世界认知的一贯追求。自从1974年表面增强拉曼光谱（SERS）发现以来，到1997年，单分子表面增强拉曼散射（SM-SERS）现象的发现，SM-SERS技术的检测能力达到了超灵敏的单分子水平，从而受到了物理、化学和生物医学等研究者的广泛青睐。然而，经过二十余年的发展，面对目前商业化和实际应用需求，SM-SERS的超高灵敏度的优势尚未在多种分子和真实样品检测中得以充分发挥。从SERS到SM-SERS，电磁场增强机制及热点效应一直在其理论研究方面占据主流地位。在过去的几十年里，研究人员主要关注了光-纳米结构的相互作用这一基本科学问题，通过纳米技术创造了各种类型的SERS基底并实现了对热点的调控。然而，1997年所报道的SM-SERS呈现出一种典型的“on and off”时序波动现象，这种闪烁信号行为在SM-SERS的实际应用中是非常不利的。因为，商业检测中更需要高度可重复、均匀、稳定的SERS及SM-SERS信号。图1 (a) SERS的传统概念 (b) 1997年，SM-SERS中活性位点概念 (c) 本工作所提出的限域增强拉曼光谱概念针对以上问题，西安交通大学生命学院方吉祥教授团队基于对早期SERS和SM-SERS研究的深入理解，及分子-纳米结构相互作用及相关机制进行深入研究，提出了一种限域增强拉曼光谱（CERS）新概念及避免SM-SERS闪烁信号的新机制，在SM-SERS信号稳定性、重现性及灵敏度方面，均得到显著提升。该方法是在SERS检测过程中，在银、金甚至其他等离激元纳米材料表面原位构建一个活性的封装壳层(图1)。这种活性封装壳层可以将待测分子限域并锚定在等离激元纳米粒子表面，以避免待测分子的吸附-解吸附行为，从而避免SM-SERS光谱的闪烁信号。本工作首次在金胶体纳米粒子体系中实现对待测物的超高灵敏度、高稳定性和高信号重复性的单分子/少分子水平的检测。此外，在实际应用中，可以通过设计具有不同组分的封装壳层，使该策略广泛适用于包括生物医学诊断、催化反应机制研究等多种分子系统的SM-SERS检测。该研究成果以“限域增强拉曼光谱”（Confined Enhanced Raman Spectroscopy）为题2023年12月13日发表在国际权威期刊《纳米快报》（Nano Letters）上。西安交通大学生命科学与技术学院为本工作第一作者及通讯作者单位，该研究得到了厦门大学化学化工学院李剑锋教授及南京大学化学与化工学院龙亿涛教授的帮助与支持。以上工作得到了国家自然科学基金、西安交通大学创新团队项目支持。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.nanolett.3c03734研究团队主页链接：http://gr.xjtu.edu.cn/web/jxfang