合肥研究院發(fā)現(xiàn)SERS熱點存在三維矩陣且時間有序

圍繞所承擔(dān)的科技部重大科學(xué)研究計劃納米專項的科研任務(wù)，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機械研究所納米材料與環(huán)境檢測實驗室研究員劉錦淮和楊良保等發(fā)現(xiàn)表面增強拉曼散射熱點存在三維熱點矩陣且時間有序，而三維熱點矩陣可更好實現(xiàn)超靈敏檢測。該項研究的相關(guān)成果將會推動表面增強拉曼散射技術(shù)在環(huán)境污染物納米檢測領(lǐng)域的實際應(yīng)用。相關(guān)成果以《三維且時間有序的表面增強拉曼散射熱點矩陣》為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上(Three-Dimensional and Time-Ordered Surface-Enhanced RamanScattering Hotspot Matrix)。

自該納米專項啟動以來，合肥研究院智能所項目組已經(jīng)發(fā)展了多項去除和檢測微污染物的納米技術(shù)。而SERS技術(shù)作為一項潛在的超靈敏檢測手段，一直面臨著實際應(yīng)用中的各種瓶頸。傳統(tǒng)上，構(gòu)建固定的或者柔性的活性納米結(jié)構(gòu)的等離激元“熱點”一直是表面增強拉曼散射領(lǐng)域的研究前沿領(lǐng)域，但是大部分已報道的表面增強拉曼散射熱點是以零維點狀、一維線狀或二維面狀的空間分布構(gòu)型存在。

該實驗室的劉洪林博士等研究人員提出并證明了“三維且時間有序SERS熱點矩陣”的概念。研究人員發(fā)現(xiàn)：一滴納米粒子溶膠中，溶劑不斷揮發(fā)的非平衡過程，可以使得表面增強拉曼散射熱點存在于三維空間中相鄰的每一對納米粒子之間。三維熱點矩陣為分子捕獲提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，即使是單個染料分子也可以產(chǎn)生強烈的表面增強拉曼散射信號。借助于便攜式拉曼光譜儀，三維熱點矩陣可以克服表面增強拉曼散射檢測長期面臨的局限，可以在各種基底上進(jìn)行超靈敏檢測，可以方便地檢測各種各樣不同性質(zhì)的分子，包括氨基酸、硝基苯、農(nóng)藥殘留、毒品等，進(jìn)一步推動表面增強拉曼散射技術(shù)成為一種實用的分析方法。審稿人認(rèn)為這是一個非常有趣和新穎的概念，展示了許多令人興奮(Appealing)的物理討論，在等離激元光學(xué)(Plasmonics)和表面增強拉曼散射領(lǐng)域具有重要的意義，是高度重要(High significance)、高創(chuàng)新性(High Novelty)和引人注目(High Broad-interest)的研究論文。

該研究工作得到了科技部重大科學(xué)研究計劃納米專項“應(yīng)用納米技術(shù)去除飲用水中微污染物的基礎(chǔ)研究”和國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項子任務(wù)“動態(tài)表面增強拉曼光譜技術(shù)用于農(nóng)藥殘留檢測”等項目的支持。（合肥物質(zhì)科學(xué)研究院）

三維熱點原理圖(a)、納米粒子相互作用力(b)及三維熱點個數(shù)和電磁場增強模擬(c)

原位同步輻射小角X射線散射研究溶劑揮發(fā)時納米顆粒在三維空間中的分布結(jié)構(gòu)信息