多相和多成分超靈敏表面增強拉曼散射(SLIPSERS)檢測平臺

　　１２月30日在《美國科學院院刊》(PNAS)上發表的題目為《常規溶液中超靈敏SERS檢測》(“UltrasensitiveSurface Enhanced Raman Scattering Detection in Common Fluids” http://www.pnas.org/content/113/2/268.abstract)介紹了一個由賓夕法尼亞州立大學研究人員研發，功能強大的SERS平臺。此平臺能夠實現在水溶液、有機溶劑，以及生物體液中單分子水平的SERS檢測。此外，通過利用合適的液體作為“捕獲”溶劑，此平臺能夠對分散在氣相或者粘附到固態顆粒上的特定分子實現超靈敏檢測。這個新的檢測系統將在分析化學，分子水平疾病檢測，環境污染檢測和國防領域具有重要的應用前景。

　　SERS是一種強大的高靈敏檢測技術，加之它能夠提供待檢測分子的具體信息（特異性），在眾多領域有潛在的應用。優良的SERS襯底需要有十分粗糙的表面，或者是有很多納米尺度的間隙，因為這些粗糙的表面和納米尺度的間隙在激光的照射下能夠產生很強的局域電磁場（ SERS “hot spots”），當分子位于這些“hot spots” 附近時，就能發射出很強的SERS信號。已經有很多的研究通過可控納米合成的手段來制備具有高靈敏性的SERS襯底。然而，如何把待檢測分子輸送到這些“hotspots” 附近這個難題始終沒有被理想的解決。在待檢測分子濃度很低時，這個難題變得尤為突出。

　　SLIPSERS超靈敏、多相、多成分測平臺。包含金納米顆粒和待分析物的水或有機溶液可以在SLIPSERS平臺上濃縮成微米量級的團聚體，大大提高了SERS檢測靈敏性。

　　賓夕法尼亞州立大學的楊士寬博士和黃得勝教授等通過利用豬籠草啟發的超潤滑表面（SLIPS, Nature, 2011, 477, 443）結合SERS，發展了一個SLIPSERS平臺，成功的克服了上述難題。當包含有少量金納米顆粒的被檢測液體在SLIPSERS平臺揮發時，液滴可以自由的收縮，最后金的納米顆粒和溶液中的待檢測分子會濃縮成微米尺度大小的團聚體，成功完成了高性能SERS襯底的合成以及把待檢測分子運輸到“hot spots”兩個任務。SLIPSERS平臺可以實現對小到亞納米量級的分子和離子，大到數個微米的顆粒的高效率濃縮，濃縮效率接近100%。由于SLIPS能夠排斥幾乎所有的液體，因此SLIPSERS可以應用于幾乎所有的溶劑(溶劑普適性)，特別是包括能夠污染傳統超疏水表面的有機溶劑和生物體液。在溶劑普適性和濃縮效率上，SLIPSERS平臺比迄今為止任何平臺都要優越很多，因此SLIPSERS平臺對染料分子羅丹明6G的檢測限可以達到阿摩爾量級（10-18摩爾/升）。研究人員利用SLIPSERS實現了DNA、蛋白質和塑化劑的亞飛摩爾（10-15摩爾/升）檢測。因此，SLIPSERS在分析化學、生命科學和食品安全領域將具有重要的應用前景。

　　更為重要的是，這個溶劑普適性為SLIPSERS對在氣相和固相中的分子檢測提供了可能。譬如，分散在氣相的特定分子可以通過選擇易于捕獲這些分子的溶劑，然后利用SLIPSERS進行檢測，有望應用于對爆炸物和空氣中的污染物的檢測。此外，通過選擇合適的溶劑，吸附在固體顆粒上的分子能夠被“剝離”到溶劑中，進而利用SLIPSERS實現高靈敏檢測，此在土壤污染物檢測中至關重要。研究人員利用SLIPSERS平臺初步實現了對痕量多氯聯苯污染的土壤的分析。

　　總之，SLIPSERS平臺可以實現多相、多重、超靈敏的定量檢測，檢測限可以達到單分子水平，進一步促進了SERS技術在實際中的應用。未來研究將聚焦在利用SLIPSERS平臺對特定疾病標志物（biomarker）的痕量檢測上，以期實現對重大疾病的早期診斷。