0551-69105010
本文簡要介紹膠體納米顆粒的各個(gè)參數(shù)對(duì)SERS性能的影響。
根據(jù)電磁場理論，拉曼增強(qiáng)納米顆粒的LSPR性能直接影響了SERS信號(hào)的強(qiáng)弱、重復(fù)性和穩(wěn)定性，從而決定了SERS技術(shù)有沒有用，可不可靠。而納米顆粒的LSPR性能與其尺寸、形貌、距離和hot spot等四個(gè)方面息息相關(guān)。
1. 尺寸的影響
不同尺寸的納米顆粒激發(fā)出不同強(qiáng)度的LSPR，從而表現(xiàn)出不同的SERS性能。雖然尺寸和增強(qiáng)因子（EF）之間具體的函數(shù)關(guān)系還沒有完全建立，但基本的趨勢(shì)已經(jīng)逐漸清晰。Van Duyne等結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米顆粒吸附待測物質(zhì)之后，其LSPR 最大值處于激發(fā)光和散射光之間時(shí)，得到的拉曼增強(qiáng)因子值最大。Tian和Xia課題組都發(fā)現(xiàn)通過實(shí)驗(yàn)證明，隨著Ag 納米顆粒的尺寸逐漸變大，SERS信號(hào)逐漸增強(qiáng)。因此，在特定的激發(fā)光下，選擇合適尺寸的納米顆粒有利于SERS信號(hào)的增強(qiáng)。
2. 形貌的影響
對(duì)于不同形貌的納米顆粒而言，其LSPR性能是不一樣的，從而導(dǎo)致了其SERS性能的差別。對(duì)于同一種形貌的納米顆粒而言，除了球形在各個(gè)位點(diǎn)上LSPR強(qiáng)度均勻，其他如棒、多面體、片等形貌不同位點(diǎn)的LSPR強(qiáng)度都不盡相同。當(dāng)入射光從不同角度激發(fā)時(shí)，同一種材料會(huì)表現(xiàn)出不一樣的性質(zhì)，影響SERS信號(hào)的重復(fù)性。Xia等通過對(duì)比Ag立方塊和截角立方塊在不同激光方向的SERS性能發(fā)現(xiàn)，立方塊在不同的方向表現(xiàn)的SERS活性各不相同，而截角立方塊由于更接近球形，各個(gè)方向得到的SERS信號(hào)幾乎一樣。因此，球形納米顆粒理論上應(yīng)該具有最好的信號(hào)重復(fù)性。
3. 距離的影響
當(dāng)距離活性拉曼增強(qiáng)納米顆粒表面越遠(yuǎn)，電磁場強(qiáng)度逐漸下降，SERS信號(hào)強(qiáng)度也逐漸下降。比較經(jīng)典的證明有Van Duyne課題組[利用不同Al2O3厚度的AgFON@Al2O3和田中群課題組[利用SHINERS納米顆粒在隔絕化學(xué)增強(qiáng)的情況下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，為了得到最佳的強(qiáng)度，應(yīng)盡量保證待測物質(zhì)處于活性納米顆粒的表面附近。
4. Hot spot的影響
納米結(jié)構(gòu)之間形成的微小縫隙處會(huì)產(chǎn)生巨大的電磁場，其增強(qiáng)因子可以達(dá)到1015，這種微小的縫隙即為hot spot。Hot spot對(duì)于SERS強(qiáng)度的高低起到了決定性的作用，越有利于形成hot spot的組裝方式越容易得到高強(qiáng)度的SERS信號(hào)。Hot spot的形成包括自然堆積和有序控制兩種方式，其中比較經(jīng)典的有利用小分子作為間隔制備的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒和特定個(gè)數(shù)納米顆粒形成聚集體的方法，對(duì)于SERS活性的提高起到了很大的幫助。
圖1-6 常見的3種hot spot示意圖（a，緊密堆積的納米顆粒之間；b，具有尖銳形貌納米顆粒的頂端；c，待測分子與納米顆粒表面之間）
總之，納米顆粒的尺寸、形貌、相對(duì)待測物質(zhì)的距離和hot spot的形成都對(duì)SERS性能影響重大。到底拉曼增強(qiáng)納米顆粒經(jīng)歷了一個(gè)怎樣的發(fā)展歷程？哪些方面發(fā)展得不夠完善，從而阻礙了SERS技術(shù)的市場化？我們將從下一節(jié)中得到啟示。
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