科研進(jìn)展
基于離子徑跡技術(shù)的三維金納米線網(wǎng)格SERS 襯底研究獲重要進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)等單位合作，提出一種具有優(yōu)異聚焦容忍性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三維表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS）襯底的設(shè)計(jì)方法。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
SERS 技術(shù)通過(guò)增強(qiáng)材料表面的局域電磁場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度分子拉曼散射信號(hào)的顯著放大，在生化傳感、生物醫(yī)學(xué)成像、食品安全與公共安全等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。然而，隨著應(yīng)用場(chǎng)景由實(shí)驗(yàn)室向現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)際部署拓展，傳統(tǒng) SERS 襯底在激光聚焦容忍性不足以及結(jié)構(gòu)附著穩(wěn)定性有限等方面的問(wèn)題日益凸顯。
在前期研究中，團(tuán)隊(duì)基于離子徑跡技術(shù)，成功創(chuàng)制了一類突破尺寸極限兼具超高能量吸收能力的納米梁晶格力學(xué)超材料(Nat. Commun. 14, 1243 (2023); Adv. Energy Mater. 13, 2300129 (2023))?；谏鲜鲅芯炕A(chǔ)，研究人員進(jìn)一步從三維納米線網(wǎng)格的光學(xué)特性出發(fā)，設(shè)計(jì)出一種兼具三維電磁熱點(diǎn)分布與高力學(xué)穩(wěn)定性的金納米線網(wǎng)格 SERS 襯底。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該金納米線網(wǎng)格襯底在 20 倍物鏡條件下，可在 192.8±19.6 μm的離焦范圍內(nèi)保持約 50% 的 SERS 活性，表現(xiàn)出顯著的聚焦容忍性。該襯底對(duì)非共振探針?lè)肿?/span>4-巰基吡啶的檢測(cè)限低至1×10?12 M，信號(hào)均一性高（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD < 10%）。由于納米線在三維空間形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該襯底結(jié)構(gòu)極為穩(wěn)固，能夠承受超聲波處理、水流沖刷乃至在黃河水等復(fù)雜成分環(huán)境中直接取樣等嚴(yán)苛物理考驗(yàn)，同時(shí)保持SERS性能穩(wěn)定。
在機(jī)理研究方面，科研人員通過(guò)建立有效介質(zhì)模型，揭示了襯底優(yōu)異的聚焦容忍性源于增強(qiáng)的光散射速率、提升的局域光學(xué)態(tài)密度以及展寬的電磁本征模式之間的協(xié)同作用，進(jìn)而使三維結(jié)構(gòu)具備高效的光捕獲能力和顯著的近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。
該項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省科學(xué)技術(shù)廳及香港研究資助局的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202525115
圖：具有聚焦容忍性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三維金納米網(wǎng)格SERS襯底：a-b基于離子徑跡技術(shù)制備的三維金納米線網(wǎng)格模型；c金納米線網(wǎng)格實(shí)物的掃描電鏡照片，納米線直徑為35 nm；d 三維襯底在20倍物鏡下能夠在離焦范圍192.8±19.6 μm內(nèi)保持50%的SERS信號(hào)；e 超聲水應(yīng)力環(huán)境SERS穩(wěn)定性測(cè)試，在30分鐘超聲后仍能保持信號(hào)穩(wěn)定；f 有效介質(zhì)模型反映出納米線網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在激發(fā)光附近的高局域態(tài)密度。
（材料研究中心 供稿）
