近日，國際學(xué)術(shù)期刊《Surfaces and Interfaces》在線發(fā)表了題為“One-step method to prepare coccinellaseptempunctate-like silver nanoparticles for high sensitivity SERS detection”（IF= 6.137）的文章，報道了中科院海洋所和中科院物理所合作，制備出七星瓢蟲狀銀納米顆粒的表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）基底，在模擬高壓下實現(xiàn)10-6 M 磷酸乙醇胺分子的檢測，具有良好的靈敏度和耐壓性，為未來深海原位檢測低濃度的微生物代謝產(chǎn)物提供了新手段。
由于深海環(huán)境極端復(fù)雜，深海原位探測面臨巨大挑戰(zhàn)。研究組在之前的工作中，利用自主研發(fā)的深海拉曼探針系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了高溫(高達(dá)450 )熱液噴口流體溫度、成分(如CO2、SO42-/HSO4-和H2)、礦物和上覆生物群落水的物理化學(xué)參數(shù)的原位檢測。
但是缺乏對深海原位一些大分子，特別是深海極端環(huán)境下生存的各種微生物的相關(guān)代謝產(chǎn)物和中間體的檢測手段。同時，在國際上深海微生物細(xì)胞外代謝產(chǎn)物也無原位檢測方法，傳統(tǒng)的檢測方法，如測色法、液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)和核磁共振(NMR)等，不能同時檢測多組分，耗時、成本高、靈敏度低。激光拉曼檢測限只能達(dá)到毫摩爾級，嚴(yán)重阻礙了激光拉曼技術(shù)對低濃度深海微生物代謝產(chǎn)物或中間體的檢測。因此深海細(xì)胞外代謝產(chǎn)物的原位探測十分困難，面臨巨大的挑戰(zhàn)。
表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)主要來源于貴金屬(銀、金)納米顆粒附近局部電磁場的增強(qiáng);因此具有超靈敏、快速檢測微量分子的能力，檢測限可以達(dá)到納摩爾，甚至皮摩爾級。然而目前廣泛應(yīng)用的SERS基底大部分是液態(tài)溶膠材料，固態(tài)SERS基底也有易氧化，高壓易脫落的缺點，深海原位探測中無法應(yīng)用。
圖1 SERS基底的制備工藝示意圖(a);和SERS增強(qiáng)機(jī)制(b)
圖2 SERS基底的SEM圖像（表面銀納米顆粒分布形似七星瓢蟲背部圖案）
因此，研究團(tuán)隊利用高溫退火工藝對鍍銀膜的石英進(jìn)行熱處理，成功制備類似七星瓢蟲斑點樣的銀納米顆粒SERS基底材料，表現(xiàn)出良好的晶體取向，在11 MPa下實現(xiàn)10-6 M 磷酸乙醇胺的檢測。研發(fā)的SERS基底材料具有強(qiáng)抗氧化性，且可耐受深海高壓環(huán)境，保障了2022年南海冷泉生態(tài)系統(tǒng)原位探測航次的成功，在滿足深海原位探測需求的同時，也適用于極端工業(yè)環(huán)境的檢測。
圖3 (a)不同濃度磷酸乙醇胺的SERS光譜;(b)磷酸乙醇胺校準(zhǔn)曲線;(c) L-色氨酸、L-蘇氨酸和N-乙酰-L-苯丙氨酸的SERS光譜比較;(d)磷酸乙醇胺和典型干擾物質(zhì)的SERS光譜
博士研究生王思羽為文章第一作者，張鑫研究員為文章通訊作者，海洋所閻軍研究員、欒振東正高級工程師、席世川博士，物理所楊洋老師、潘如豪老師為文章共同作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項、中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心重點部署項目、泰山青年學(xué)者計劃等項目聯(lián)合資助和中科院物理所協(xié)同極端條件用戶設(shè)施(SECUF)的支持。
相關(guān)成果及鏈接如下：
Siyu Wang; Shichuan Xi; Ruhao Pan; Yang Yang; Zhendong Luan; Jun Yan；Xin Zhang*. One-step method to prepare coccinellaseptempunctate-like silver nanoparticles for high sensitivity SERS detection. Surfaces and Interfaces (2022), IF= 6.137
https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102440
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468023022007015
