高靈敏微量氣體傳感在環(huán)境污染研究、人體揮發(fā)性有機物（VOCs）檢測中具有重要現實(shí)意義。迄今為止，已有多種分析技術(shù)被用于氣體檢測，但大多存在成本高、操作復雜、分析過(guò)程耗時(shí)等缺點(diǎn)。表面增強拉曼散射（SERS）作為一種有力的痕量分子檢測工具，可利用基底的表面等離子體共振和電荷轉移效應大幅增強目標分子的拉曼散射信號，具有高靈敏、簡(jiǎn)單、快捷、無(wú)損和特異指紋識別的特點(diǎn)，在氣體傳感領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢。 

　　近期，中科院蘇州醫工所張志強研究員與孫姣姣博士研究生開(kāi)發(fā)了一種具有超高靈敏性的三維玫瑰花枝狀SERS基底（BigAuNP/Au/ZnO/P）。在本研究中，科研人員以化學(xué)生長(cháng)與微納加工相結合的方式在聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上制備了納米氧化鋅（ZnO）-金（Au）三維異質(zhì)結構。其增強原理在于相鄰納米棒表面的金納米顆粒（AuNPs）、同一納米棒表面的相鄰AuNPs、金層與AuNPs的結合點(diǎn)三處“熱點(diǎn)”區域共同提高了電磁增強效應，Au和ZnO之間的電荷轉移產(chǎn)生高密度電荷，形成內部電場(chǎng)，激發(fā)了ZnO納米棒的化學(xué)增強效應。 

　　該SERS基底對對巰基苯甲酸（p-MBA）分子的檢測限為10^-13 M，其增強因子高達2.27×10⁷，并具有良好的均一性和可重復性（RSD < 4%）。此外，PVDF膜具有多孔特性，可采用過(guò)濾式檢測程序提高目標分析物與SERS“熱點(diǎn)”的碰撞效率，有利于氣體分子的高效富集。 

　　在該工作中，科研人員以腐胺和尸胺兩種揮發(fā)性有機氣體為例，驗證了該三維柔性SERS基底在氣體傳感中的檢測性能。通過(guò)在SERS基底上修飾p-MBA傳感單分子層，利用酰胺反應選擇性地捕獲腐胺和尸胺，實(shí)現了低濃度氣體分子的高靈敏定量檢測（腐胺檢測限：1.26×10^-9 M，尸胺檢測限：2.5×10^-9 M），比同類(lèi)研究報道的檢出限高出2-3個(gè)數量級，證明了該SERS傳感器在實(shí)際氣體傳感中的應用潛力。 

　　鑒于該三維柔性SERS基底的多孔特性和優(yōu)異的增強性能，將其與微流體裝置和便攜式拉曼光譜儀集成，搭建SERS快速檢測系統，有望實(shí)現氣溶膠中細菌、病毒和污染物的高效捕獲與富集，充分發(fā)揮該三維基底在氣溶膠的高靈敏檢測領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。 

　　相關(guān)研究成果以“Ultrasensitive SERS analysis of liquid and gaseous putrescine and cadaverine by a 3D-rosettelike nanostructure-decorated flexible porous substrate”為題發(fā)表于SCI一區分析類(lèi)頂級期刊Analytical Chemistry（IF = 6.986）。孫姣姣博士研究生為第一作者，張志強研究員、尹煥才研究員和宋一之研究員為共同通訊作者。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)產(chǎn)業(yè)前瞻項目、中科院科研儀器裝備研制項目等項目的經(jīng)費支持。 

　　論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.1c05013 

 圖 基于三維玫瑰花枝狀SERS傳感基底構筑方法及有機氣體分子檢測策略