本科生就能在頂刊發(fā)表共同一作論文，放在全世界范圍內(nèi)恐怕都并非一種常見現(xiàn)象。而在前不久，佛山大學(xué)陳文駿教授和自己的本科學(xué)生桂佳寶，分別以第一作者和共同一作身份，發(fā)表了一篇 Nature 子刊論文。

圖 | 陳文駿（來源：陳文駿）

研究中，該課題組提出一種機械-化學(xué)活化策略，并以二維硫代亞磷酸錳為基礎(chǔ)，設(shè)計制造了一種無等離激元表面增強拉曼散射傳感器。

使用這種策略的時候，首先要通過在二維硫代亞磷酸錳表面構(gòu)建褶皺結(jié)構(gòu)，以便大幅增強光與物質(zhì)之間的相互作用。隨后通過氨基等化學(xué)基團修飾方法，來顯著提高傳感器與待檢測分子之間的電荷轉(zhuǎn)移效率。

在這兩種方法的協(xié)同作用之下，可以極大提升表面增強拉曼散射傳感器的性能。實驗結(jié)果顯示：在本次機械-化學(xué)活化策略的幫助之下，能夠針對生物化學(xué)分子實現(xiàn)濃度低至 10^-19 M（亞阿摩爾級）的探測極限。

基于這一成果該團隊已經(jīng)提交多項國家發(fā)明專利申請，其中兩項在提交申請兩個月左右就已得到授權(quán)，這證明本次技術(shù)具有較好的實用價值。

（來源：Nature Communications）

在應(yīng)用前景上：

其一，鑒于表面增強拉曼散射傳感器具有良好的柔性，因此可以直接貼附在表面規(guī)則或表面不規(guī)則的蔬菜和水果上，利用拉曼光譜儀針對農(nóng)殘物進行高精度的快速檢測。

其二，對于食品發(fā)酵后所產(chǎn)生的危害物質(zhì)以及對于水體或水產(chǎn)品中存在的危害物質(zhì)，表面增強拉曼散射技術(shù)均有望用對其進行檢測。

在論文中，課題組介紹了一種名為亞甲基藍分子的待檢測物，它其實是一種水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的魚藥。不過，過量的亞甲基藍會對魚類產(chǎn)生毒性，人類在食用這種魚之后也會受到健康危害。

而表面增強拉曼散射傳感器也能針對水生物中的亞甲基藍含量進行檢測，這說明該傳感器在食品安全和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域極具潛力。

其三，該團隊目前正與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的合作者探討將表面增強拉曼散射傳感器用于氨基酸快速檢測的可能性，以期將其用于輔助醫(yī)學(xué)診斷和治療。

（來源：Nature Communications）

設(shè)計二維材料基的無等離激元表面增強拉曼散射傳感器

據(jù)陳文駿介紹，量子信息科學(xué)技術(shù)的進步，推動了納米科學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展。而二維材料具有高活性的邊界、原子缺陷和等離激元邊緣，通過引入新奇的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，其能為量子信息科學(xué)的研究提供新平臺。

在本次研究之中，該團隊主要關(guān)注的是：

首先，量子特性能夠賦予二維材料以超高的光-物質(zhì)相互作用效率，并已于近期被用于單聲子發(fā)射。

其次，在具有量子效應(yīng)的二維材料體系中，存在著電荷轉(zhuǎn)移和電荷交叉，這讓其有望用于量子傳感。

對于這兩個優(yōu)勢來說，它們恰好符合二維材料基的無等離激元表面增強拉曼散射傳感器的設(shè)計理念。

陳文駿表示，無等離激元表面增強拉曼散射技術(shù)具備高穩(wěn)定性、高生物兼容性以及高痕量檢測能力，在醫(yī)學(xué)診斷、生物監(jiān)測和殘留物檢測等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。

此前，針對基于二維材料的無等離激元表面增強拉曼散射傳感器檢測性能進行優(yōu)化時，要么利用調(diào)控二維材料的化學(xué)組分和相的方法，要么利用構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。

同時，表面增強拉曼散射傳感器的制備過程非常復(fù)雜，檢測靈敏度也比較低，這極大限制了它們的實際應(yīng)用。