作者单位
摘要
西安工业大学材料与化工学院, 陕西 西安 710021
表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高灵敏度、 高分辨率、 无损检测及不需要预处理等优点, 已成为一种可以实现定性定量分子检测的有力工具, 使目标分析物信号放大的痕量检测技术, 甚至能够在分子水平上提供丰富的结构信息。 虽然SERS增强机理一直存在争议, 但目前被广泛接受的增强机理包括物理增强(电磁场增强)和化学增强(主要为电荷转移的贡献)。 随着近年来金属、 非金属等诸多材料应用于SERS领域, 诸多学者对于影响SERS基底的增强因素产生广泛兴趣, 对于SERS增强机理的研究具有重要意义。 综述中主要从SERS电磁增强机理、 化学增强机理及两者的协同机理三个方面对SERS增强机理进行阐述, 分析哪些因素影响基底增强效应, 为SERS增强机理的分析提供一些参考。 同时提出不同基底结构在增强机理分析过程中面临的问题: (1)在电磁增强机理中, 单一贵金属基底因其“热点”分布不均匀、 不可控因素导致SERS灵敏度和重复性差等因素, 对SERS电磁增强机理影响效果较大; (2)在化学增强机理中, 单一半导体材料由于价格实惠、 材料性能较稳定、 表面易于改性等优点被广泛应用于SERS基底、 由于增强能力较低等因素、 对SERS化学增强效果不明显; (3)SERS基底不再局限于单一的金属或者非金属材料, 更多是金属-非金属两者的结合, 既能够弥补贵金属的缺点, 也能利用非金属的优点, 通过电磁增强机理和化学增强机理的协同作用有效提高SERS增强能力。 对于SERS增强机理的分析, 有助于制备均一性强、 重复性高的SERS基底, 为SERS基底的制备提供参考。
表面增强拉曼散射 电磁场增强机理 化学增强机理 SERS基底 Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) Electromagnetic enhancement mechanism Chemical enhancement mechanism SERS substrate 
光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1340
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部, 北京工业大学环境与生命学部, 北京 100124
2 中国检验检疫科学研究院, 北京 100123
单位点调控作为一种重要的材料修饰手段, 近年来在催化、 能源、 环境等领域中蓬勃发展。 调控单位点, 可以有效地调控表面电荷、 电子结构、 原子空间构型, 从而实现材料整体性能的提升。 在拉曼检测领域, 表面电荷等关键因素被广泛认可并是当下研究热点。 然而, 单位点对表面电荷调控, 乃至对拉曼灵敏度影响尚无系统研究。 该研究全新提出单位点(包括单分子、 单原子、 单原子中心的配体络合物等)的表面电荷调控作用并研究其对拉曼检测灵敏度的影响。 其中, 利用经典的特异性反应: 4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三唑(AHMT)与甲醛生成6-巯基-5-三唑啉[4,3-b]-s-四嗪(MTT), 使得经单位点AHMT调控的Ag材料具有极低的检测限10-12 mol·L-1, 低于不经单位点AHMT调控表面电荷的10-9 mol·L-1, 实现了对甲醛分子的超低浓度检测。 还研究了单钨原子氧化物调控, 对于非特异性反应中的标准分子、 农药残留分子检测能力的影响。 其中罗丹明6G的检测限可以从10-12 mol·L-1降低到10-14 mol·L-1, 农药福美双的检测限也可以从10-9 mol·L-1降低到10-11 mol·L-1, 据此提出了单位点调控表面电荷方法的普适性。 此外, 经过Zeta电位的测试, 发现经单位点调控的Ag表面电位都有较大变化, 符合库伦正负电荷吸附理论, 这更有利于对待检测分子的捕捉, 也是拉曼检测灵敏度提升的原因, 同时也在机理上解释了单位点调控的普适性。 对深层机理方面也做了许多猜测与研究: 一方面, 由于单位点与基底材料之间存在电荷转移, 因而存在化学增强(CM)过程。 同时, 在Ag表面有显著的电磁场增强(EM), 两种增强机制和单位点体系的协同, 需要进一步通过实验、 理论等, 研究不同单位点的新物理机制; 另一方面, 单位点可能作为一种新的振动模态, 与基底中存在的表面等离子体共振(SPR)、 待测分子的共振协同作用, 使得拉曼散射共振更强, 从而提升拉曼检测灵敏度。 该实验与结论都证实了单位点调控在拉曼检测中的可行性、 必要性, 使单位点在该领域的深入研究成为可能。
表面增强拉曼散射 单位点 表面电荷 普适性 均匀球状银颗粒 定量化检测 Surface-enhanced Raman scattering(SERS) Single sites The surface charge Universality Uniformly spherical silver particles Quantitative detection 
光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1075
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Laser Life Science & Institute of Laser Life Science, SATCM Third Grade Laboratory of Chinese Medicine and Photonics Technology & Guangdong Provincial Key Laboratory of Laser Life Science, Guangzhou Key Laboratory of Spectral Analysis and Functional Probes, College of Biophotonics, South China Normal University, Guangzhou 510631, P. R. China
2 Department of Physics and Optoelectronic Engineering, Foshan University, Guangdong 528011, P. R. China
Because the breast cancer is an important factor that threatens women’s lives and health, early diagnosis is helpful for disease screening and a good prognosis. Exosomes are nanovesicles, secreted from cells and other body fluids, which can reflect the genetic and phenotypic status of parental cells. Compared with other methods for early diagnosis of cancer (such as circulating tumor cells (CTCs) and circulating tumor DNA), exosomes have a richer number and stronger biological stability, and have great potential in early diagnosis. Thus, it has been proposed as promising biomarkers for diagnosis of early-stage cancer. However, distinguishing different exosomes remain is a major biomedical challenge. In this paper, we used predictive Convolutional Neural model to detect and analyze exosomes of normal and cancer cells with surface-enhanced Raman scattering (SERS). As a result, it can be seen from the SERS spectra that the exosomes of MCF-7, MDA-MB-231 and MCF-10A cells have similar peaks (939, 1145 and 1380 cm1). Based on this dataset, the predictive model can achieve 95% accuracy. Compared with principal component analysis (PCA), the trained CNN can classify exosomes from different breast cancer cells with a superior performance. The results indicate that using the sensitivity of Raman detection and exosomes stable presence in the incubation period of cancer cells, SERS detection combined with CNN screening may be used for the early diagnosis of breast cancer in the future.Because the breast cancer is an important factor that threatens women’s lives and health, early diagnosis is helpful for disease screening and a good prognosis. Exosomes are nanovesicles, secreted from cells and other body fluids, which can reflect the genetic and phenotypic status of parental cells. Compared with other methods for early diagnosis of cancer (such as circulating tumor cells (CTCs) and circulating tumor DNA), exosomes have a richer number and stronger biological stability, and have great potential in early diagnosis. Thus, it has been proposed as promising biomarkers for diagnosis of early-stage cancer. However, distinguishing different exosomes remain is a major biomedical challenge. In this paper, we used predictive Convolutional Neural model to detect and analyze exosomes of normal and cancer cells with surface-enhanced Raman scattering (SERS). As a result, it can be seen from the SERS spectra that the exosomes of MCF-7, MDA-MB-231 and MCF-10A cells have similar peaks (939, 1145 and 1380 cm1). Based on this dataset, the predictive model can achieve 95% accuracy. Compared with principal component analysis (PCA), the trained CNN can classify exosomes from different breast cancer cells with a superior performance. The results indicate that using the sensitivity of Raman detection and exosomes stable presence in the incubation period of cancer cells, SERS detection combined with CNN screening may be used for the early diagnosis of breast cancer in the future.
Exosomes surface-enhanced Raman scattering (SERS) breast cancer convolutional neural model label-free 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(2): 2244001
李世芳 1,2何红 1,3葛闯 4,*陈李 1,3徐溢 1,3,*
作者单位
摘要
1 重庆大学 新型微纳器件与系统技术重点学科实验室&光电技术与 系统教育部重点实验室,重庆400044
2 重庆大学 化学化工学院,重庆400044
3 重庆大学 光电工程学院,重庆400044
4 重庆大学肿瘤医院 癌症转移与个体化治疗转化研究重点实验室,重庆00030
针对致病菌快速高效的辨识和检测一直是生命科学、医疗诊断、食品安全和环境监测等领域备受关注的热点。微流控芯片分析技术为细菌等微生物的研究和检测提供了新的、高效的途径和平台,将表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)光谱检测技术与其结合,成为了具有突出优势的致病菌快速鉴别和检测途径。本文针对基于微流控芯片的SERS分析技术及其应用进行综述,首先对各种SERS增强基底材料进行了介绍和性能比较;然后,系统综述了在微流控芯片上集成SERS基底的方法和技术,分别探讨了在微流控通道中注入纳米金属溶胶的外部注入法,在微流控芯片检测区构建固体纳米结构的内嵌法和在微流控通道中原位制备纳米结构基底的原位制作法;最后,对集成SERS检测技术的微流控芯片分析方法在致病菌定性鉴别和定量检测方面的应用进展予以了综述和展望。
表面增强拉曼散射 纳米增强基底 微流控芯片 致病菌检测 surface enhanced raman scattering (SERS) nano-reinforced substrate microfluidic chip detection of pathogenic bacteria 
光学 精密工程
2022, 30(14): 1643
作者单位
摘要
北京工业大学理学部物理与光电学院, 微纳信息光子技术研究所, 北京市朝阳区平乐园100号数理楼, 100124
金、银、铜等贵金属的纳米结构都具有表面等离激元共振效应, 在表面增强拉曼散射(SERS)和光催化领域具有重要的应用价值。合金纳米颗粒有望兼具多种金属的优点, 赋予金属纳米颗粒更多优良品质。本论文中, 我们通过改进“Brust”法, 成功合成了直径1~5 nm的Au1Ag1和Au1Cu1合金纳米颗粒, 所制备的合金纳米颗粒在空气中具有良好的稳定性, 并在有机溶剂中具有良好的溶解性。利用溶液法组装的Au1Ag1和Au1Cu1合金SERS基底, 分别对532 nm和785 nm的激发光表现出良好SERS性能。相同条件下, Au1Ag1基底比Au基底对R6G探针分子的拉曼信号强度提高了2~4倍, 表现出良好的SERS活性。Au1Cu1合金基底则比Au1Ag1合金和Au基底表现出更强的光催化活性, 在光催化领域表现出潜在的应用价值。
表面增强拉曼散射(SERS) 金-银合金纳米颗粒 金-铜合金纳米颗粒 合金SERS基底 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Gold-silver alloy nanoparticles Gold-copper alloy nanoparticles Alloy SERS substrate 
光散射学报
2022, 34(1): 73
韩壮 1翁占坤 1,*曹亮 1刘日 1[ ... ]王作斌 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学 国家纳米操纵与制造国际联合研究中心,吉林长春30022
2 长春理工大学 理学院,吉林长春1300
为了优化激光干涉诱导向后转移(Laser Interference Induced Backward Transfer, LIIBT)制备微结构的工艺参数,研究了激光脉冲数和能量密度对LIIBT的影响,分析了银微条纹的形成机制,并研究了银微条纹结构对环丙沙星的拉曼增强效应。以钠钙玻璃为接收衬底,银薄膜为靶材,在大气环境下基于双光束LIIBT制备了银微条纹结构。SEM测试结果表明,随着脉冲数量和激光能量密度的增加,银微条纹的边界变得更加清晰,EDS分析表明微条纹结构由银纳米粒子组成。拉曼测试中,当环丙沙星浓度降低到10-8 mol/L时,该结构仍表现出明显的表面增强拉曼散射效应。最后,分析了银纳米粒子转移过程及二次脉冲形成微条纹结构的机制。通过优化LIIBT制备银微条纹结构的工艺参数,揭示了LIIBT过程中银微条纹结构的形成机制,验证了该结构对低浓度环丙沙星具有明显的表面增强拉曼散射效应,为环境污染和食品工程等领域抗生素残留的高灵敏度检测提供了技术支持。
激光干涉诱导向后转移 微条纹结构 银纳米粒子 表面增强拉曼散射 环丙沙星 laser interference induced backward transfer(LIIBT) micro-stripe structure silver nanoparticles surface enhanced Raman scattering(SERS) ciprofloxacin 
光学 精密工程
2022, 30(9): 1029
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室, 中国科学院纳米科学卓越创新中心, 国家纳米科学中心纳米加工实验室, 北京 100190
表面增强拉曼散射(SERS)是一种无损、 高灵敏、 快速检测痕量重金属离子的光谱技术。 通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振(LSPR)与表面等离子体激元(SPP)的耦合以提升电磁场强度, 是获得高性能SERS芯片的重要新途径。 提出一种用于检测痕量汞离子的新型金属/介质三维周期纳米结构高性能SERS芯片。 利用新型应力分化式双层模板纳米压印方法实现了大面积高均一纳米结构SERS芯片的低成本、 批量制备。 该芯片成功用于痕量汞离子的高灵敏快速检测。 采用有限元方法对压印过程界面微区应力进行模拟, 通过调控压印模板纵向结构和横向尺寸对模板进行设计。 模拟结果表明, 纵向有台阶结构的双层模板图案区域呈现高、 低两个应力分区, 其中, 高应力区占图案~72%的面积, 其应力均匀性比单层模板提升17%; 低应力区分布在图案边缘~28%的区域, 可有效减小脱模切应力。 当模板横向尺寸从15 mm缩减至7 mm, 界面应力整体提升1~2个数量级, 将显著提高压印成功率。 使用不同横向尺寸的单、 双层模板进行压印实验结果表明, 尺寸为7 mm的压力分化式双层模板实现了大面积高均一纳米结构的高质量制备, 这与模拟结果高度一致。 在压印胶纳米结构上构筑金纳米颗粒得到金属/介质三维周期纳米结构SERS芯片。 此芯片对罗丹明6G分子的检测极限为2.08×10-12 mol·L-1, 增强因子达3×108, 检测均一性RSD为8.07%。 该芯片对汞离子的探测限浓度仅为10 ppt(5.0×10-11 mol·L-1), 浓度线性工作范围为5.0×10-11~5.0×10-5 mol·L-1, 跨度达6个数量级, 呈现良好的线性关系(R2=0.966), 在目前汞离子检测技术中具有显著优势。 提出一种通用的高灵敏快速检测痕量物质的SERS芯片设计和制备方法。 这种基于光学原理芯片“结构设计-批量制备-实际应用”的研究范式将连接芯片设计和批量制备两个关键点, 推动其实际应用。
表面增强拉曼散射(SERS) 痕量检测 纳米压印(NIL) 三维纳米结构 有限元分析 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Design and fabrication of 3D SERS chips Finite element analysis (FEA) Nanoimprint lithography (NIL) Trace detection 
光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3782
作者单位
摘要
1 江苏大学微纳米科学技术中心,镇江 212013
2 南京大学固体微结构物理国家重点实验室,南京 210093
基于金属包裹的多孔硅衬底具有制备成本低、检测能力强的优点。自20世纪表面增强拉曼散射(SERS)现象被发现以来,多孔硅-Au/Ag复合材料逐渐展现出作为SERS衬底的优势,被广泛应用于生物、化学、医疗等领域。本文综述了近些年来基于多孔硅复合Au/Ag纳米颗粒混合平台的研究,重点讨论了将贵金属Ag/Au复合于多孔硅衬底上的制备方法,介绍了它们在不同制备条件下枝晶结构的生长形貌和检测性能,并对多孔硅-Ag/Au枝晶复合结构作为SERS衬底的未来发展进行简要分析。
多孔硅 表面增强拉曼散射(SERS) 复合材料 枝晶结构 porous silicon surface-enhanced Raman scattering (SERS) AgNPs/AuNPs AgNPs/AuNPs complex meterial dendritic structure 
人工晶体学报
2021, 50(7): 1314
作者单位
摘要
1 上海应用技术大学 化学与环境工程学院,上海 201418
2 上海应用技术大学 香料香精化妆品学部食品科学与工程系,上海 201418
该研究以重金属铅离子(Pb2+)为研究对象,构建双硫腙修饰的银纳米颗粒,利用氧化-还原法和表面增强拉曼技术,成功实现了对铅离子的循环表面增强拉曼检测。该功能材料对铅离子的检测响应范围为1 nM~10 μM,检出限可达0.35 nM,将该方法用于实际环境水样中铅离子的检测,回收率为91.6%~106.8%,相对标准偏差在4.1%~7.9%之间。该方法具有操作简单、测定快速和可重复使用等特点,因而在环境样品中重金属离子快速检测方面具有巨大的应用前景。且该研究对环境中其他污染物的研究提供了重要的参考信息。
表面增强拉曼光谱 双硫腙 铅离子 银纳米颗粒 循环性 Surface-enhanced Raman scattering (SERS) dithizone lead ions silver nanoparticles recyclability 
光散射学报
2021, 33(1): 16
作者单位
摘要
中国科学院微电子研究所, 北京 100029
多种农药, 包括孔雀石绿(MG)作为禁用兽药, 存在食用致癌的风险。 由于MG低廉的价格和极好的药效, 在渔业养殖中一直被不法商贩非法使用, 使得鱼类生鲜中时有MG残留检出。 针对MG分子痕量残留的检测, 目前一般是抽取少量养殖水样, 再利用高效液相色谱柱、 液相色谱-光谱等方法来评估其是否超标。 这类传统的检测方法一般需要依赖价格昂贵的大型设备, 且检测过程操作繁琐复杂, 单次检测耗时长、 价格高, 因而与农贸市场中商品流通量大、 速度快、 价格需亲民低廉等特点和要求不相符合。 近年来, 表面增强拉曼散射(SERS)检测技术以及便携式拉曼光谱仪的出现, 有望实现对痕量农药分子的现场快速检测, 进而很好地解决这一问题。 SERS检测技术利用金属纳米结构的表面等离激元效应感应位于其结构表面附近的分子, 得到分子种类和浓度信息。 为了降低可检测的浓度极限, 一般会在SERS基底上利用咖啡环效应或其他手段将待测分子蒸发富集, 以获得足够高的信号强度。 针对亲水基底, 液滴与基底相接触后, 会在基底表面摊开, 使其分布面积扩大, 导致其咖啡环周长变长, 分子分布浓度随之降低。 而当采用疏水基底富集时, 由于常规的疏水基底表面黏附性小, 液滴在其表面处于随处滚动无法抓取的状态, 极大增加了操作的难度。 以MG分子痕量残留的检测为例, 由于农贸市场人员众多、 无专业实验平台, 磕碰撞击时有发生, 在此环境下采用疏水SERS基底对农药分子进行检测显然是不可取的。 该研究提出一种基于超疏水高黏附纳米森林结构的SERS基底用于痕量MG分子的快速现场检测。 相比于超疏水SERS基底, 所提出的超疏水高黏附基底利用其高黏附性可牢固抓取待测液滴, 解决了以往超疏水基底在实际现场检测中存在液滴滚动无法操作的问题。 此外, 与亲水基底相比, 超疏水高黏附基底由于接触角大, 可将咖啡环面积缩小5.73倍, 继而使分子的富集浓度提高5.73倍, 最终使检测极限浓度降低了至少两个数量级。 研究所提出的超疏水高黏附SERS基底有望在痕量农药分子快速现场检测中得到应用。
表面增强拉曼散射(SERS) 痕量农药分子 超疏水高黏附 孔雀石绿 咖啡环 分子富集 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Trace pesticide molecules Parahydrophobic Malachite green Coffee ring Molecular enrichment 
光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2499

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