近日，银河国际4556徐可为教授课题组在表面增强拉曼光谱（SERS）基底的制备与应用研究方面取得了新进展。该组博士研究生黄剑作为第一作者在ACS Appl. Mater. Interfaces上（国际知名期刊，IF:6.723）在线发表“3D Silver Nanoparticles Decorated Zinc Oxide/Silicon Heterostructured Nanomace Arrays as High-Performance Surface-Enhanced Raman Scattering Substrates”的研究论文。论文由银河国际4556徐可为教授、马大衍博士和生命学院赵永席副教授共同合作指导完成。

基于拉曼散射效应，通过对与入射光频率不同的散射光谱进行分析，科学家们能获得分子的振动、转动信息，从而快速准确地鉴定待测物成分。然而，由于拉曼散射非常弱小，很多微量的待测物（例如土壤中TNT、牛奶中的三聚氰胺、瓜果表面的农残等）都无法通过拉曼光谱直接获得检出信号，因此其实际应用受到了极大的限制。大量研究表面，通过SERS基底的引入能够极大地增强拉曼散射，提高拉曼信号信噪比，从而实现快速、灵敏的微量分析。

如何获得一类高效、超灵敏、重现性好的SERS增强基底一直是科研人员的研究焦点。纵观自然，仙人棒是一种抗旱能力极强的仙人掌科植物，其表面大量突起的微刺能够在干旱的沙漠中快速汲取空气中的水雾并将其导流至根部。如能模仿仙人掌（或狼牙棒），制备出一种分支结构多、比表面积大、且具有高密度热点的3D SERS基底将是一项非常有趣且具有挑战性的工作。

基于课题组前期的工作积累，本研究选取了结构稳定、光学性能良好的ZnO纳米棒阵列，通过对其表面负载催化剂金颗粒来实现微刺结构（硅纳米针）生长或嫁接。研究发现，由于催化剂金在低压及等离子体条件下，其体积会逐渐消耗而缩小，因此能够确保阵列表面生长的分支结构均为针尖状。此外，通过沉积工艺的调控，进而能实现棒体表面微刺密度与长度的优化。该研究提供了一种新的3D分支纳米材料的制备方法，实现了大量针尖结构的嫁接，提供了一种SERS基底的新途径。在实际应用中，这种材料以高密度的针尖硅作为支撑骨架，通过负载活性的银纳米颗粒，得到SERS性能优于传统SERS基底3D异质结构，其增强因子高达8.7×10⁷。更重要的是，该基底成功实现了对三聚氰胺的超灵敏检测，其检测限低至10^-10M，同时，也适用于复杂样品（牛奶）中三聚氰胺的传感检测。这种新颖结构为3D基底的制备及SERS传感提供了有利的途径，实现了快速、超灵敏以及复杂样品中危害成分的监测。

图1、3D纳米仿生结构的制备

图2、纳米仿生结构的应用

该研究工作在国家基础研究计划(973)及国家自然科学基金资助下完成。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am507857x