科學(xué)島團(tuán)隊開發(fā)出一種天然小于3納米的層間小間隙捕獲目標(biāo)分子的表面增強(qiáng)拉曼光譜新方法

近日，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院健康所楊良保研究員課題組在表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）檢測方法學(xué)開發(fā)方面取得新進(jìn)展?？蒲袌F(tuán)隊通過構(gòu)建多層納米顆粒膜形成層間天然小于3nm的間隙，利用納米毛細(xì)泵作用自動捕獲目標(biāo)物分子到更小間隙中，實(shí)現(xiàn)高靈敏SERS檢測。該成果發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Advanced Optical Materials上。

SERS是一種分子光譜，具有快速、高靈敏和指紋識別的特性。本項研究工作是在課題組前期研究的單層納米膜熱點(diǎn)自動捕獲目標(biāo)物分子的SERS方法（J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 7769？7776）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了一種天然小于3納米的多層層間小間隙主動捕獲目標(biāo)分子的SERS新方法。研究人員通過液-液界面組裝方法構(gòu)建了一個天然的具有1-3納米層間小間隙和大量熱點(diǎn)的三層銀納米顆粒膜結(jié)構(gòu)，有效增加了熱點(diǎn)的數(shù)量。由于這些較小的間隙產(chǎn)生的納米泵效應(yīng)，目標(biāo)物溶液能夠自發(fā)的通過納米間隙向上移動，小間隙主動捕獲目標(biāo)物分子使得目標(biāo)分子的信號急劇放大，實(shí)現(xiàn)靈敏檢測（圖1）。與傳統(tǒng)的干態(tài)成膜的SERS方法相比，該方法可以更有效的使目標(biāo)分子主動進(jìn)入熱點(diǎn)，檢測限比干態(tài)成膜方法降低2-3個數(shù)量級（圖2）。該方法提供了一個痕量動態(tài)檢測平臺，并成功應(yīng)用于精子-卵細(xì)胞結(jié)合過程的物質(zhì)變化跟蹤（圖3）。該成果為目標(biāo)分子主動運(yùn)輸?shù)阶罴褵狳c(diǎn)開辟了新的方法，有望實(shí)現(xiàn)對生物系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞行為或化學(xué)動力學(xué)過程研究等方向的超靈敏檢測或監(jiān)測。

該工作的第一作者為合肥研究院健康所2019級工程博士秦苗，通訊作者為楊良保研究員。該項研究受到中國科學(xué)院科研儀器裝備開發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)研究項目等資助。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202200551

圖1 左圖為三層膜蒸騰示意圖，右圖為層間小間隙主動捕獲目標(biāo)分子原理示意圖

圖2 該方法和干態(tài)成膜方法檢測示意以及檢測效果對比圖

圖3 該方法用于監(jiān)測精子-卵細(xì)胞結(jié)合過程中的物質(zhì)變化