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清华大学研发突破阿摩尔每升SERS检测极限的分子探测器

来源:清华新闻网  2020-09-17

近日,清华大学材料学院钟敏霖教授团队利用超快激光微纳制造结合化学氧化方法,制备出超灵敏的表面增强拉曼散射(SERS)基底结构,实现目前国际最高的阿摩尔每升(10-18mol/L)检测极限。

SERS是利用金属表面特殊纳米结构的近场局域增强实现吸附分子拉曼散射信号大大增强的现象,是一种具有极高灵敏度的检查方法,能提供良好特异性的生物分子“指纹图谱”信息,甚至可以实现单分子检测,广泛应用于分子的标记免疫检测、痕量探测、癌症与病毒检测及活体检测等领域,是一种高通量快速检测方法。目前的挑战是针对许多具体医学应用,其灵敏度仍显不足,同时存在工艺性差(价格昂贵)、均匀性、稳定性、实用性有待提高的问题,严重制约了SERS的实际应用。


图1 超快激光制备超亲水-超疏水结构策略

钟敏霖教授团队制备出的超亲/高超疏水稳定性的微纳米复合结构,其超亲中心区为特殊纳米结构基础上的纳米星SERS增强结构,外围为超疏水结构,利用超疏水外围的蒸发浓缩作用使得被测物水滴浓缩到100μm×100μm的超亲水区域,其浓度增加十万倍,再利用中心的复合纳米结构,实现了目前国际最高的SERS检测极限:阿摩尔每升(10-18mol/L),其增强因子高达1.09×1014,并具有良好的均匀性(RSD=11.7 %),同时解决了浓缩物目标定位的难题。该SERS基底(或称SERS芯片)制备过程相对简单可控、重复性高、可工程化批量制备,在医学检测(如各类癌症的早期筛查检测)、生命科学以及各类超高灵敏度检测领域具有极为广泛的应用潜力。


图2 超疏水表面的蒸发浓缩过程,浓缩产物集中在中心的超亲水区域


图3 实现阿摩尔每升(10-18M/L)当前国际SERS检测极限并具有良好的稳定性

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