基于貴金屬納米粒子的SERS活性基底研究進(jìn)展

廖 佳， 胡玉玲*， 李攻科*

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州 510275)

1 引言

表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS)是一種新興的分析技術(shù)，當(dāng)分子吸附或非常接近于具有某種納米結(jié)構(gòu)的金屬表面時，分子的拉曼信號得到顯著增強(qiáng)，能實現(xiàn)單分子量級樣品的檢測，并提供分子結(jié)構(gòu)豐富的指紋信息。近年來，SERS作為一種強(qiáng)有力的檢測手段，在化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、公共安全等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，普遍接受的SERS機(jī)理有電磁增強(qiáng)機(jī)理和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理兩類，其中電磁增強(qiáng)機(jī)理起決定性作用。電磁增強(qiáng)主要是激發(fā)光在粗糙化的金屬納米結(jié)構(gòu)表面激發(fā)表面等離子體共振，金屬表面局部電磁場增強(qiáng)，使得金屬表面分子的拉曼散射信號得到增強(qiáng)。因此，在一些相距很近(幾納米)的納米顆粒聚集體系中，由于顆粒間表面等離子體耦合會在顆粒間形成具有極大電磁場增強(qiáng)的“熱點”,SERS中的“熱點”效應(yīng)是其具有超高檢測靈敏度的主要原因[1]?；瘜W(xué)增強(qiáng)機(jī)理則是涉及金屬納米結(jié)構(gòu)表面和吸附分子之間的化學(xué)鍵合或電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制[2]。

眾所周知，SERS效應(yīng)與基底有密切關(guān)系，金、銀納米溶膠對許多分子有很好的增強(qiáng)效果，并且制備方法簡單、易于存儲，被廣泛用作SERS活性基底。然而，金、銀納米溶膠在使用過程中容易團(tuán)聚導(dǎo)致SERS增強(qiáng)的重現(xiàn)性差；另一方面，SERS作為一種表面敏感技術(shù)，限制了一部分沒有特殊官能團(tuán)與金、銀納米粒子表面相互作用的分子在SERS方面的應(yīng)用。為了將SERS發(fā)展成一種有實際應(yīng)用意義的分析技術(shù)，SERS基底應(yīng)具備以下特征[3]：(1)具有高SERS活性，能提供靈敏的分析檢測；(2)具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，保證基底在不同環(huán)境下使用的穩(wěn)定性，提高基底批次間的重現(xiàn)性；(3)具有較高的選擇性；(4)SERS基底干凈不受雜質(zhì)分子干擾；(5)易于制備和存儲。SERS活性基底的制備一直是SERS研究領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)和熱點，有效SERS基底的發(fā)展不僅可以拓寬SERS技術(shù)的應(yīng)用，還可以為SERS機(jī)理研究提供模型，不斷推動SERS技術(shù)的發(fā)展。人們想出了很多方法構(gòu)建靈敏度高、穩(wěn)定性好、選擇性高、制作簡單的SERS基底。其中，對金屬納米粒子表面進(jìn)行分子修飾，或者將金屬納米粒子和不同功能或形狀的基質(zhì)材料進(jìn)行復(fù)合，從而得到既保留貴金屬納米粒子原有的高SERS增強(qiáng)活性，又具有基質(zhì)材料性質(zhì)和功能的復(fù)合材料，使得SERS的研究和應(yīng)用得到極大的推動。本文總結(jié)了近年來基于貴金屬金、銀納米粒子常見的分子修飾或基質(zhì)復(fù)合的新型SERS活性基底的制備及應(yīng)用進(jìn)展。

2 分子修飾貴金屬納米粒子SERS基底

2.1 有機(jī)小分子修飾的SERS基底

烷烴及其取代物是最早用于修飾貴金屬納米粒子的一類分子，這種方法主要是利用目標(biāo)分子與長鏈烷烴的疏水相互作用將目標(biāo)分子拉近到金屬納米結(jié)構(gòu)表面。Olson等[4]利用C18修飾金納米基底，由于C18自組裝膜對多環(huán)芳烴(PAHs)具有富集作用，因而可以實現(xiàn)SERS檢測，其中分子芘的檢測濃度最低可以達(dá)到2 μg/L， 萘和菲的檢測濃度可以達(dá)到5 μg/L。 Van Duyne研究組分別使用癸硫醇[5]、癸硫醇衍生物(EG3)[6]、正癸硫醇(DT)/6-巰基己醇(MH)混合單分子層[7,8]修飾SERS活性基底實現(xiàn)了拉曼散射截面弱的葡萄糖分子的檢測。其中，DT/MH修飾的混合單分子層由于DT長鏈和MH短鏈之間形成孔隙使葡萄糖分子更接近金屬表面的電磁場，該基底抗干擾能力強(qiáng)，能穩(wěn)定的應(yīng)用于牛血漿中[8]和小鼠活體中葡萄糖的實時快速檢測[9]。這種烷烴修飾的SERS基底能夠獲得很高的檢測靈敏度，同時可以提高基底的穩(wěn)定性，但僅利用了二者間的疏水作用導(dǎo)致檢測選擇性較差。

為滿足SERS實際應(yīng)用的需要，目前人們更多的選擇對目標(biāo)物質(zhì)具有特異吸附的分子修飾金屬表面，按照這一思路制備的SERS基底可以提高復(fù)雜樣品體系檢測的選擇性。Dasary等[10]用半胱氨酸修飾金納米粒子，利用爆炸物三硝基甲苯(TNT)與半胱氨酸能形成Meisenheimer復(fù)合物的原理，選擇性識別TNT分子，實現(xiàn)高靈敏SERS檢測。SERS方法特異性檢測重金屬離子的文獻(xiàn)已有報道[11,12]。Li等[12]在吸附了染料分子的銀納米粒子表面通過Ag-S共價鍵合修飾上L-半胱氨酸，Cu2+和 Hg2+與裸露的甘氨酸部分能形成內(nèi)絡(luò)鹽使銀粒子發(fā)生團(tuán)聚形成SERS “熱點”從而使染料分子的拉曼信號大大增強(qiáng)，實現(xiàn)金屬離子的間接檢測。由于Cu2+和 Hg2+與裸露甘氨酸部分絡(luò)合的穩(wěn)定常數(shù)logK高達(dá)16.3和19.2，并且可以使用SCN-屏蔽Hg2+，使用該方法可以高選擇性的檢測到10 pmol/L Cu2+和1 pmol/L Hg2+。相反地，有些研究組使用重金屬離子競爭吸附金屬表面修飾分子使拉曼信號降低的方法檢測低濃度的重金屬離子[13,14]。 如Duan等[14]根據(jù)Hg2+競爭吸附金納米粒子表面鉍試劑Ⅱ后拉曼信號的降低定量檢測Hg2+，其他重金屬離子無干擾。

紫晶二陽離子是近年來備受關(guān)注的一類SERS基底修飾分子，這類分子能夠拉近納米粒子間隙，誘發(fā)產(chǎn)生豐富的SERS “熱點”，同時能在“熱點”范圍內(nèi)形成空穴捕獲目標(biāo)分子實現(xiàn)高靈敏的SERS檢測。另外，紫晶二陽離子修飾分子作為電子接受體能與吸附到空穴內(nèi)的電子給予體目標(biāo)分子形成電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物，目標(biāo)分子在這個體系中激發(fā)的拉曼散射信號將得到顯著增強(qiáng)[15]。Sanchez-Cortes研究組[16 - 19]對不同紫晶二陽離子如光澤精、敵草快和百草枯修飾的SERS基底檢測多環(huán)芳烴進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。研究表明光澤精修飾的基底增強(qiáng)效果最好，雙官能團(tuán)上的兩個季氮原子能穩(wěn)固的吸附到金屬表面誘導(dǎo)形成SERS “熱點”，基底修飾分子的芳香基團(tuán)與多環(huán)芳烴主要通過π-π堆積作用形成電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物，可以檢測到5.0×10-9mol/L的芘分子[19]。

2.2 聚合物分子修飾的SERS基底

聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇等常常用來作為金屬溶膠的保護(hù)劑防止金屬納米粒子的進(jìn)一步團(tuán)聚[20,21]。Yang等[22]使用聚鄰氨基苯硫酚(PAT)修飾的金納米粒子選擇性檢測三硝基甲苯(TNT)，他們通過加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉來控制PAT層的厚度。該基底表面豐富的氨基能與TNT分子形成Meisenheimer絡(luò)合物，實現(xiàn)高靈敏選擇性識別檢測TNT，并且PAT修飾后的SERS基底能穩(wěn)定適用于pH范圍為2.0～12.95的環(huán)境。類似地，Marsich等[23]則在銀粒子表面修飾聚L賴氨酸，該基底即使在弱堿性介質(zhì)中都含有帶正電荷的親水性氨基，通過靜電作用吸附膽紅素。Bishnoi等[24]利用聚乙二醇修飾納米粒子，可以保持SERS基底在高離子強(qiáng)度緩沖液中的穩(wěn)定性。

2.3 大環(huán)化合物修飾的SERS基底

根據(jù)超分子化學(xué)中的主客體識別方法，選用環(huán)糊精、杯芳烴等大環(huán)化合物作為主體分子，將其修飾在金屬納米粒子上，主體分子可以與客體分子形成包結(jié)化合物，從而拉近客體分子到達(dá)金屬表面電磁增強(qiáng)區(qū)域，進(jìn)而誘導(dǎo)出具有高增強(qiáng)因子的SERS效應(yīng)。Zhao研究組[25,26]利用巰基取代環(huán)糊精修飾貴金屬納米粒子，對PAHs(芘、蒽、屈、苯并菲以及暈苯)進(jìn)行了定性鑒別及定量檢測。結(jié)果表明，其中芘能達(dá)到最低的檢測濃度，這是由于PAHs的分子尺寸與環(huán)糊精內(nèi)腔大小的匹配作用，同時，分子芘在SERS基底中還充當(dāng)了一個“分子橋”的作用，環(huán)糊精和分子芘形成了主體-客體-主體的結(jié)構(gòu)，連接了兩個金屬納米粒子，這樣就形成了豐富的SERS “熱點”從而使分子芘的SERS信號得到顯著增強(qiáng)。Sanchez-Cortes研究組[27,28]先后合成了不同取代基團(tuán)杯芳烴分子修飾的金屬納米粒子，以二硫代甲酸鹽杯芳烴修飾的納米銀粒子為SERS基底，對芘、苯并蒽、苯并菲以及暈苯四種PAHs進(jìn)行了SERS檢測，四種PAHs分子的檢測濃度分別可以達(dá)到10-8、10-9、 10-8、 10-10mol/L，杯芳烴和暈苯分子之間形成主體-客體-主體結(jié)構(gòu)是暈苯檢測濃度最低的主要原因[28]。

2.4 生物大分子修飾的SERS基底

由于大多數(shù)生物大分子無法吸附于或者接近金屬表面，直接檢測因在生物復(fù)雜樣品中的低選擇性和低靈敏度而受到限制。間接檢測是將具有免疫識別功能的生物大分子固載到金屬表面，通過特異性識別有效捕獲復(fù)雜環(huán)境中的目標(biāo)分子，利用拉曼標(biāo)簽分子的SERS響應(yīng)間接檢測目標(biāo)分子。Wang等[29]在金納米粒子上固載抗體和4-硝基苯硫酚拉曼標(biāo)簽分子，同時在一塊金屬基板上固載抗體分子，這兩者特異性結(jié)合血清中的黏液蛋白MUC4，形成金納米粒子-抗體/MUC4/抗體-金屬基板復(fù)合物，利用金納米粒子上修飾的拉曼標(biāo)簽4-硝基苯硫酚的SERS信號實現(xiàn)血清中癌癥標(biāo)記物黏液蛋白MUC4的檢測，為胰腺癌的早期診斷和治療效果提供了一種輔助手段。Johnson等[30]利用抗體修飾金納米粒子和磁性粒子，實現(xiàn)牛血清中的西尼羅病毒和裂谷熱病毒的同時分離檢測，檢測濃度達(dá)到25 fg/mL，靈敏度約是其他方法的200～2 000倍。近年來，人們選用寡核苷酸適配子代替抗體修飾金納米粒子，相比抗體易變性，容易發(fā)生交叉反應(yīng)等缺點，寡核苷酸適配子更具穩(wěn)定性、特異性和對蛋白的強(qiáng)吸附力，另外寡核苷酸適配子由于是試管內(nèi)培養(yǎng)，批次間重現(xiàn)性好[31]。Kim等[32]將一端修飾有拉曼染料標(biāo)簽分子的DNA固載到金納米粒子上作為檢測探針，金納米線上固載的DNA探針與目標(biāo)DNA雜交，再與檢測探針雜交，拉曼染料標(biāo)簽分子因此處于金納米顆粒與金納米線之間形成的SERS “熱點”從而產(chǎn)生顯著的SERS增強(qiáng)效應(yīng)，實現(xiàn)對目標(biāo)DNA的分析檢測。

3 基質(zhì)復(fù)合貴金屬納米SERS基底

傳統(tǒng)的SERS基底一般都是將納米溶膠滴加或直接修飾到硅片、銅片或者是玻璃片基板上使用。然而，隨著人們對SERS技術(shù)理論和實際應(yīng)用的不斷深入研究，在SERS基底方面，從制備靈敏度高、穩(wěn)定性好、選擇性高、制作簡單的基底，到拓寬多功能SERS活性材料的要求都日益加深。

3.1 金屬及其氧化物

近年來有關(guān)新型SERS活性基底的研究中，多種金屬或金屬氧化物被選作復(fù)合基質(zhì)材料，基質(zhì)復(fù)合形式分為核殼型和固載型。Li等[33]制備出二氧化硅、氧化鋁殼層厚度可控的金納米基底，并將這種由活性金、銀納米粒子核心和超薄殼層組成的核-殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合納米材料SERS增強(qiáng)的方法定義為殼層隔離納米粒子增強(qiáng)的拉曼光譜技術(shù)(Shell-Isloated Nanoparticles Enhanced Raman Spectroscopy,SHINERS)。Au@SiO2納米粒子因二氧化硅涂層的穩(wěn)定性、生物兼容性和弱的拉曼散射信號而成為受歡迎的SERS活性基底。具有超薄二氧化硅殼層厚度的Au@SiO2納米粒子可表現(xiàn)出理想的SERS增強(qiáng)效應(yīng),并且二氧化硅殼層可以保護(hù)內(nèi)核金納米粒子的穩(wěn)定性,可循環(huán)使用。Zhang等[34]使用該Au@SiO2基底實現(xiàn)了食物、生物和環(huán)境樣品中亞硝酸根離子的定量檢測。 隨后，Tian課題組又成功制備了只有1.2 nm超薄殼層，并且在堿性環(huán)境中能夠穩(wěn)定存在的Au@MnO2基底[35]。過渡金屬是電化學(xué)、催化和其他表面科學(xué)分支最重要的金屬材料，合成不同過渡金屬殼層的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子Au-Co[36,37]、Au-Ni[37]、Au-Pt[38]、Au-Pd[39 - 41]，可以在過渡金屬表面開展SERS研究，從分子水平上深入表征各種表面界面的結(jié)構(gòu)和過程，對表面科學(xué)研究具有重要的意義。

另一種研究熱點集中于將貴金屬納米粒子固載到具有三維結(jié)構(gòu)的基質(zhì)材料表面，Tang等[42]通過在垂直排列的ZnO納米棒表面修飾致密的銀納米粒子制備高靈敏、均一的三維SERS活性基底，能夠分別檢測10-12mol/L的羅丹明和10-11mol/L的PCB-77，三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大量的SERS “熱點”，提供巨大的表面積吸附目標(biāo)分子，同時氧化鋅半導(dǎo)體材料支撐的化學(xué)增強(qiáng)作用使SERS檢出限極大地降低。 Fu[43]等和Yang等[44]則在二氧化鈦納米管陣列上修飾致密的金納米粒子，TiO2對有機(jī)化合物的光降解特性使該SERS基底具有自清潔功能，可以實現(xiàn)循環(huán)使用。另一方面，將貴金屬納米粒子和磁性材料相結(jié)合制備多功能SERS基底的研究已有很多報道[45-47]。例如，Yang等[47]在磁性Fe3O4球表面修飾銀納米粒子，制備的SERS基底在使用過程中利用磁性功能可以很方便的回收并檢測。

3.2 碳納米材料

目前文獻(xiàn)報道中，因具有高比表面積和優(yōu)異的電子、光學(xué)、熱和機(jī)械特性，石墨烯[48，49]、氧化石墨烯[50]、碳納米管[51]等碳材料作為基質(zhì)的貴金屬納米復(fù)合材料在新型SERS活性基底中有很好的應(yīng)用前景。碳納米材料表面含有豐富的羥基、環(huán)氧基、羧基等極性官能團(tuán)，可對碳納米材料進(jìn)行改性功能化引入所需官能團(tuán)，易于實現(xiàn)將目標(biāo)分子吸附到材料表面。引起人們特別關(guān)注的是，部分碳納米材料由于和吸附分子之間能夠發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，能夠有效促進(jìn)吸附分子的拉曼信號增強(qiáng)而成為一個有力的SERS基底，由此獲得的化學(xué)增強(qiáng)可以達(dá)到2～17倍[52]。He等[53]通過化學(xué)氣相沉積法獲得石墨烯，再原位還原金納米粒子，在金納米粒子/石墨烯復(fù)合材料上形成捕獲/目標(biāo)/標(biāo)記DNA“三明治”夾層，實現(xiàn)了同時對多種DNA分子的高靈敏、高選擇性檢測，檢出限為10 pmol/L。Tang等[54]和Sun等[48]則分別使用聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)和丹寧酸直接原位還原銀納米粒子制得銀納米粒子/石墨烯SERS活性基底，方法簡單。Liu等[55]通過晶種生長法在單壁碳納米管表面生成了致密且粒徑均一的金納米粒子/銀納米粒子，進(jìn)一步用硫辛酸修飾聚乙二醇包裹的金屬納米粒子/碳納米管基底在血清等多種生理環(huán)境中穩(wěn)定使用。而使用葉酸修飾聚乙二醇包裹的金納米粒子/碳納米管基底能夠定向標(biāo)記癌細(xì)胞中的葉酸受體，實現(xiàn)表面增強(qiáng)拉曼光譜在癌細(xì)胞標(biāo)記和拉曼成像中的應(yīng)用。碳布是一種由碳纖維均勻編織成的材料，具有高導(dǎo)電性、良好的耐腐蝕性、大的表面積和可折疊性等獨特的性能，Zhao等[56]在碳布上修飾Ag納米粒子，制備的SERS活性基底靈敏度高、重現(xiàn)性好，能檢測到10-14mol/L羅丹明6G的信號，碳布上不同點采集的SERS譜圖峰位移一致、峰強(qiáng)相近，且碳布經(jīng)過不同時間的折疊后SERS性能無變化。

3.3 聚合物材料

聚合物基質(zhì)材料因易于制備、機(jī)械韌性好、表面具有豐富官能團(tuán)而廣泛應(yīng)用于SERS基底中，形式主要有聚合物納米纖維[57，58]、微球[59]、納米管[60]，其中以聚合物靜電紡絲納米纖維為主。最近，金屬納米粒子/靜電紡絲納米纖維復(fù)合型SERS活性基底已有一些報道，在靜電紡絲中固載金屬納米粒子具有粒子致密、均一，易于操作的特點。

Fan等[61]在較低濃度聚乙烯醇作為穩(wěn)定劑下還原得到高濃度的金/銀雙金屬納米粒子，隨后加大聚乙烯醇的濃度通過靜電紡絲工藝得到鑲嵌有致密、均一金/銀納米粒子的聚合物纖維。Liu研究組[62]則利用金納米粒子表面負(fù)電荷與聚苯胺納米纖維表面豐富的帶正電氨基官能團(tuán)之間的靜電作用，獲得了穩(wěn)定性好、靈敏度高的SERS活性基底，該方法操作簡單。Zhang等[58]使用靜電紡絲技術(shù)制備聚丙烯腈納米纖維，聚合物纖維進(jìn)行表面修飾后通過晶種生長法得到Ag納米粒子，通過控制粒子的大小和密度獲得高活性的SERS基底。He等[63]則直接在Ag溶膠中加入聚(乙烯醇)(PVA)引起Ag納米粒子的輕微團(tuán)聚，并利用生物兼容性良好的PVA做主體基質(zhì)材料，通過靜電紡絲技術(shù)將具有SERS活性的銀納米粒子二聚體封裝在PVA納米纖維中。聚合物納米纖維在合適的溶劑中能輕微膨脹，待測小分子可以順利的進(jìn)入到聚合物納米纖維內(nèi)銀粒子聚集體的SERS “熱點”區(qū)域，并且聚合物能保持銀粒子二聚體在SERS檢測過程中的聚集狀態(tài)，該SERS活性基底的靈敏度高、穩(wěn)定性好。

3.4 纖維素膜

近年來有多篇文章報道了以紙為基質(zhì)的SERS活性基底的研究，該類型基底具有制備方法簡單、成本低、SERS靈敏度高等鮮明的特點。Lee等[64]的研究指出通過簡單的將濾紙浸泡到CTAB修飾的金溶膠中即可獲得具有SERS活性的基底，纖維素表面具有大量的羥基，帶正電的金納米粒子通過靜電作用均勻、致密的吸附到紙的納米纖維上，該復(fù)合材料SERS基底具有很好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，即使在水或乙醇的劇烈沖洗下，金粒子的均勻度和密度也不會發(fā)生明顯變化。

Yu等[65]利用噴墨式打印機(jī)在濾紙上打印銀粒子，通過編輯矢量圖形和控制打印次數(shù)，可以快速打印出具有不同圖案和銀粒子密度的SERS活性基底。同時，濾紙的疏水性處理避免了液滴的擴(kuò)散，可以有效的在打印出來的SERS活性銀粒子圖案區(qū)域富集待測組分，該SERS基底具有很高的靈敏度和良好的重現(xiàn)性，可以檢測到10 fmol的羅丹明6G。由于該制備方法具有前所未見的簡單性和快速性，可以隨時隨地大量制備，消除了常見的SERS基底在存儲中出現(xiàn)SERS活性衰減的問題，可以廣泛應(yīng)用于實驗室以及野外現(xiàn)場的快速檢測工作中。

3.5 殼聚糖

迄今為止，殼聚糖已廣泛應(yīng)用到SERS基底的制備中。Dos Santos等[66]以殼聚糖為穩(wěn)定劑和反應(yīng)介質(zhì)，用乙酸還原得到單分散的金納米粒子嵌在殼聚糖基質(zhì)中，該合成方法減緩了還原速率，有助于對還原過程的控制，制備的金納米粒子單分散性好、粒徑范圍窄，該復(fù)合SERS活性基底具有較高的重現(xiàn)性。Potara等[67]制備了銀納米團(tuán)簇嵌在殼聚糖基質(zhì)中的復(fù)合基底，固定在殼聚糖上的銀納米粒子團(tuán)簇內(nèi)部具有特定的SERS “熱點”間隙，同時待測分子可以通過殼聚糖層的納米空隙擴(kuò)散到銀粒子SERS “熱點”間隙，該SERS基底具有很高的靈敏度，可以實現(xiàn)腺嘌呤的單分子檢測。Jung等[68]在殼聚糖基質(zhì)上沉積銀納米粒子，殼聚糖的3維多孔結(jié)構(gòu)為銀納米粒子的大量固載提供豐富的表面積，羅丹明B分子在得到的銀納米粒子-殼聚糖復(fù)合基底上具有很好的SERS響應(yīng)，殼聚糖具有良好的生物兼容性，將該復(fù)合基底應(yīng)用在過敏性皮炎遺傳標(biāo)記物趨化激素CCL17的SERS檢測，檢測限可以達(dá)到5 pmol/L。

Efeoglu等[69]以銀納米粒子為核，包裹厚度為10 nmol/L左右的殼聚糖薄層，將該復(fù)合材料直接放置于正在生長中的細(xì)菌生物膜上，實時監(jiān)測生物膜形成過程中的分子組成變化。殼聚糖的存在不僅提供了一個固載和穩(wěn)定貴金屬納米粒子的基質(zhì)，還促進(jìn)了殼聚糖基質(zhì)、分析物和貴金屬納米粒子之間的交互作用。Luo[70]等提出了根據(jù)殼聚糖-分析物相互作用帶來的SERS位移進(jìn)行腺嘌呤定量分析的設(shè)想，實驗表明腺嘌呤SERS特征峰在735～746 cm-1之間的位移增大與腺嘌呤濃度在1 μmol/L～1 mmol/L之間的下降直接相關(guān)，進(jìn)一步研究提出以下假設(shè)，殼聚糖的存在改變了腺嘌呤吸附分子在銀納米粒子上的傾斜角度，導(dǎo)致腺嘌呤SERS位移的變化。

3.6 金屬有機(jī)骨架

金屬有機(jī)骨架是由金屬離子和有機(jī)配體通過配位作用自組裝形成的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，因具有比表面積大、結(jié)構(gòu)多樣性、孔道尺寸可調(diào)及骨架可化學(xué)修飾等特點，廣泛應(yīng)用于氣體存儲、分離、傳感、藥物傳輸?shù)阮I(lǐng)域[71]。Sugikawa等[72]在11-巰基十一烷酸修飾的金納米棒上生長MOF[Zn4O(bpdc)3]，制備得到金納米棒和金屬有機(jī)骨架復(fù)合的SERS活性基底，并將該復(fù)合材料應(yīng)用于溶劑分子在MOF納米孔道交換的原位檢測中。隨后，他們[73]合成AuNR@MOF-5復(fù)合材料，開展實驗證明金屬有機(jī)骨架外殼不僅賦予了這個新型SERS活性基底良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性，而且還提供額外的分子篩分功能。

Hu等[74]通過在MIL-101上原位還原金納米粒子的簡便方法制備SERS活性基底，金屬有機(jī)骨架多孔結(jié)構(gòu)上沉積的密集金納米粒子提供了豐富的SERS活性位點，實驗證明由于MOF的高吸附性能和MOF骨架的固定保護(hù)作用，該復(fù)合SERS基底具有非常高的靈敏度和良好的穩(wěn)定性，對于羅丹明6G和聯(lián)苯胺的檢出限分別可以達(dá)到41.75 和0.54 fmol。該新型SERS活性基底成功應(yīng)用于環(huán)境水中有機(jī)污染物對苯二胺和人血清中癌癥標(biāo)志位甲胎蛋白的分析檢測，表明在環(huán)境和臨床樣品的檢測中有很大的應(yīng)用前景。

3.7 毛細(xì)管

Kim等[75]通過在毛細(xì)管內(nèi)壁原位還原的方法，直接使貴金屬納米粒子沉積在毛細(xì)管內(nèi)壁，制備的SERS基底可以檢測到1.0×10-7mol/L的腺嘌呤。另一種常用的方法是先在毛細(xì)管內(nèi)壁修飾一層聚合物，再利用靜電作用或配位作用將貴金屬納米粒子固定在內(nèi)壁。

陳晉等[76]先使毛細(xì)管內(nèi)壁氨基化，提供能夠與貴金屬納米顆粒結(jié)合的位點，再通過毛細(xì)管的毛細(xì)作用使金屬溶膠吸入毛細(xì)管內(nèi)構(gòu)建SERS活性基底。隨后，他們進(jìn)一步研究了可循環(huán)使用的毛細(xì)管SERS基底，他們先在毛細(xì)管內(nèi)壁合成TiO2陣列，在陣列上修飾貴金屬納米粒子，構(gòu)建的SERS基底兼具取樣、SERS活性和自清潔于一體，由于TiO2的光催化降解特性，在紫外光的照射下，該基底可以很快的實現(xiàn)自清潔，在反復(fù)使用過程中，SERS基底的性能無太大衰減。Fan等[77]則以多通道毛細(xì)管為載體，通過調(diào)整毛細(xì)管內(nèi)壁修飾分子的pH、濃度和金納米粒子固載的時間可以控制毛細(xì)管內(nèi)壁金納米粒子的固載密度，多通道毛細(xì)管結(jié)構(gòu)上沉積的金納米粒子提供了豐富的高效SERS活性位點，同時多通道毛細(xì)管結(jié)構(gòu)有助于目標(biāo)分子的便攜傳輸和有效捕獲，該SERS基底成功應(yīng)用于環(huán)境中吡啶和對硝基苯酚蒸氣的快速靈敏檢測。

4 結(jié)論

分子修飾貴金屬納米粒子和基質(zhì)復(fù)合貴金屬納米SERS基底的種類和數(shù)目日益增多，構(gòu)型趨于多樣化，高靈敏度已經(jīng)不是SERS基底研究的難點，SERS基底的選擇性和穩(wěn)定性有一定程度的提高。然而，基于貴金屬納米顆粒的SERS活性基底的批次間和批次內(nèi)重現(xiàn)性遠(yuǎn)不及規(guī)則有序納米結(jié)構(gòu)粗糙表面SERS基底。要將SERS技術(shù)作為一種快速實時檢測手段在未來社會生產(chǎn)生活中的廣泛使用， 新型SERS活性基底有以下幾個發(fā)展趨勢：

(1)規(guī)則有序納米結(jié)構(gòu)粗糙表面制備技術(shù)和分子修飾、基質(zhì)復(fù)合方法結(jié)合。隨著納米科技技術(shù)的快速發(fā)展，規(guī)則有序納米結(jié)構(gòu)粗糙表面基底將更易于獲得，對其進(jìn)行分子修飾或復(fù)合功能化基質(zhì)材料，制備的基底具有良好均一性和高靈敏度、選擇性。

(2)拓寬功能基質(zhì)材料的種類，進(jìn)而調(diào)控SERS基底的綜合性能從而滿足不同的應(yīng)用需求。

(3)從SERS基底使用的簡便性和重復(fù)使用效率方面提高SERS基底的總體性能，如制備具有自取樣和自清潔功能的SERS基底，SERS基底性能的多樣性可以拓展SERS技術(shù)的實際應(yīng)用范圍。