合肥研究院发现SERS热点存在三维矩阵且时间有序

围绕所承担的科技部重大科学研究计划纳米专项的科研任务，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所纳米材料与环境检测实验室研究员刘锦淮和杨良保等发现表面增强拉曼散射热点存在三维热点矩阵且时间有序，而三维热点矩阵可更好实现超灵敏检测。该项研究的相关成果将会推动表面增强拉曼散射技术在环境污染物纳米检测领域的实际应用。相关成果以《三维且时间有序的表面增强拉曼散射热点矩阵》为题发表在《美国化学会志》上(Three-Dimensional and Time-Ordered Surface-Enhanced RamanScattering Hotspot Matrix)。

自该纳米专项启动以来，合肥研究院智能所项目组已经发展了多项去除和检测微污染物的纳米技术。而SERS技术作为一项潜在的超灵敏检测手段，一直面临着实际应用中的各种瓶颈。传统上，构建固定的或者柔性的活性纳米结构的等离激元“热点”一直是表面增强拉曼散射领域的研究前沿领域，但是大部分已报道的表面增强拉曼散射热点是以零维点状、一维线状或二维面状的空间分布构型存在。

该实验室的刘洪林博士等研究人员提出并证明了“三维且时间有序SERS热点矩阵”的概念。研究人员发现：一滴纳米粒子溶胶中，溶剂不断挥发的非平衡过程，可以使得表面增强拉曼散射热点存在于三维空间中相邻的每一对纳米粒子之间。三维热点矩阵为分子捕获提供了结构基础，即使是单个染料分子也可以产生强烈的表面增强拉曼散射信号。借助于便携式拉曼光谱仪，三维热点矩阵可以克服表面增强拉曼散射检测长期面临的局限，可以在各种基底上进行超灵敏检测，可以方便地检测各种各样不同性质的分子，包括氨基酸、硝基苯、农药残留、毒品等，进一步推动表面增强拉曼散射技术成为一种实用的分析方法。审稿人认为这是一个非常有趣和新颖的概念，展示了许多令人兴奋(Appealing)的物理讨论，在等离激元光学(Plasmonics)和表面增强拉曼散射领域具有重要的意义，是高度重要(High significance)、高创新性(High Novelty)和引人注目(High Broad-interest)的研究论文。

该研究工作得到了科技部重大科学研究计划纳米专项“应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究”和国家重大科学仪器设备开发专项子任务“动态表面增强拉曼光谱技术用于农药残留检测”等项目的支持。（合肥物质科学研究院）

三维热点原理图(a)、纳米粒子相互作用力(b)及三维热点个数和电磁场增强模拟(c)

原位同步辐射小角X射线散射研究溶剂挥发时纳米颗粒在三维空间中的分布结构信息