近日，国际知名学术刊物《Nature Communications》 (自然·通讯) 刊登了我院表面增强光谱研究团队的研究论文“Plasmonic Trimers Designed as SERS-active Chemical Traps for Subtyping of Lung Tumors”。该文中，物理学院的邱腾教授、郝祺副教授团队与东南大学化工学院、青岛大学附属医院合作，提出了一种针对等离激元“热点”不均匀问题的纳米阵列解决方案。
表面增强拉曼散射 (SERS) 作为一种界面分子光谱技术，具有灵敏度高、化学识别能力等优点。这种方法通过制备金属纳米阵列，并用光激发纳米材料的等离激元共振并产生强电磁场，从而放大附近分子的拉曼信号。然而，这些强电磁场，即“热点”，仅占材料表面约1%的区域，随机吸附的分子很难落入其中。这种“热点”的不均匀性使SERS高灵敏度的优势在实践中难以实现，并直接限制了SERS在定量检测中的应用。
针对上述问题，东南大学表面增强光谱课题组精准构筑了等离激元三聚体纳米阵列，用于解决SERS研究中普遍存在的“热点”分布不均难题，为提升SERS技术的检测效率与灵敏度开辟了新途径。研究团队采用超薄多孔氧化铝 (AAO) 技术，制备了等离激元三聚体纳米阵列，如图所示。三聚体将探针分子选择性地吸附在中心的陷阱颗粒上。实现探针分子与“热点”区域的空间匹配，从而极大提升了SERS的信号强度及可重复性。这种方法具有厘米级的样品尺寸，和 2 nm级别的颗粒间隙，为SERS增强提供了高密度的“热点”。
研究团队利用该基底对硫醇类、胺类、二硫化物及硒醇类分子成功实现了高高灵敏SERS检测，并通过双分子分析法证明了该基底具有单分子SERS检测的能力。基于以上基础，研究团队将该三聚体纳米阵列应用于肺肿瘤组织分泌物的SERS探测，并证明了腺癌中的醛类含量较高，具有高SERS敏感性；而鳞癌或良性肿瘤则没有得到有效的SERS响应；上述结果为肺癌的早期SERS检测与分型提供了有力支撑。
本论文第一单位为东南大学物理学院，量子材料与信息器件教育部重点实验室；合作单位为东南大学化学化工学院，青岛大学附属医院。东南大学物理学院的邱腾教授、郝祺副教授为本文的通讯作者。博士研究生赵星为第一作者，青岛大学附属医院呼吸与危重症医学科刘晓静博士和东南大物理学院博士研究生陈德祥为本文共同第一作者。研究的开展受到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50321-0