2023年, 第35卷, 第2期　刊出日期：2023-06-30

  

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  表面增强拉曼光谱磁免疫分析研究进展

  张晨杰 姚建林

  光散射学报. 2023, 35(2): 84-96. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302001

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  基于表面增强拉曼光谱的磁免疫分析(简称SERS磁免疫)因其可实现样品的快速分离、富集、和无损检测以及具有灵敏度高、精准及快速等优点而备受关注。本文综述了SERS磁免疫分析基本原理及国内外的研究进展，并介绍了SERS磁免疫与微流控、侧向流动分析及荧光联用检测技术以解决其在微量快速检测、多组分分析及不同位点分析方面的困难；最后针对影响SERS磁免疫灵敏度提升的途径等进行展望。
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  表面增强拉曼光谱在燃料电池与锂电池机理研究中的应用

  杨芷兰, 朱越洲, 张月皎, 李剑锋

  光散射学报. 2023, 35(2): 97-107. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302002

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  电化学能源技术可以在几乎不产生污染物的情况下将化学能高效转化为电能，是人们当今重点发展的能源技术。这项技术的发展非常依赖合适催化剂的开发。然而对电化学中固液界面反应机理的研究却因为反应复杂，中间产物种类多、含量少、寿命短等而困难重重，限制了能源反应催化剂的进一步开发。表面增强拉曼光谱作为一种指纹识别光谱，能够提供具有极高表面检测灵敏度的拉曼散射信号，从而较好地提供电极表界面分子的结构信息。本文主要介绍表面增强拉曼光谱在燃料电池与锂电池反应机理研究上的应用。首先，本文将会介绍表面增强拉曼光谱通过测定燃料电池半反应氧还原、氢氧化反应的中间物种对反应机理进行研究，其次将会介绍表面增强拉曼光谱通过类似的策略研究锂电池电极反应机理及固液界面动态过程，最后将会总结表面增强拉曼光谱目前在电催化反应应用中的不足之处并对未来作出展望。
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  浓缩、富集与分子定位型表面增强拉曼光谱及应用

  谢昭达, 张瑞元, 方吉祥

  光散射学报. 2023, 35(2): 108-122. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302003

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  表面增强拉曼散射光谱（SERS）是一种能够提供分子指纹信息的振动光谱技术，具有单分子级的检测灵敏度、尖化的谱峰，以其无需标定、非破坏性、多个组分同时检测等优势，广泛应用于表面科学、材料科学、生物医学、药物分析、食品安全、环境检测等诸多领域。随着1997年单分子SERS现象的发现，表面等离激元效应受到了广泛的关注，科研人员集中研究了光与纳米结构相互作用所产生的表面等离激元现象这一基本科学问题，并对各种纳米结构进行了精准调控，促进了纳米技术的蓬勃发展。然而，过去几十年的研究表明：仅仅依靠电磁场增强机制及纳米结构构筑，难以实现高灵敏的单分子SERS检测。因此，针对不同分子与纳米结构表面相互作用规律、分子在热点处吸附-解吸附行为、及复杂基质与待测分子的相互作用机制等一系列基本科学问题仍需要进行深入研究。本文系统的介绍了当前SERS检测的技术瓶颈，包括灵敏度的提高、弱吸附物质的检测和复杂基质的影响等，重点关注浓缩富集和分子定位手段及其应用。详细介绍了构建多功能SERS基底时所使用的物理、化学和吸附剂策略，并分析了该领域目前所面临的挑战。同时提出新的研究方向，以实现对于实际应用非常重要的高效SERS基底设计思路。
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  表面增强拉曼散射检测细菌及病原体的研究现状及展望

  张伟达, 彭宇思, 林成龙, 徐美美, 黄政仁, 杨 勇,

  光散射学报. 2023, 35(2): 123-134. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302004

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  表面增强拉曼散射(SERS)技术是一种在单分子水平上通过收集分子光谱信号来识别分子物种的强有力的工具，现已被广泛用于医学诊断、食品安全、生物分析等领域。本文综述了SERS技术在常见细菌及病原体的研究进展，阐述了通过设计和调控纳米结构的形貌、种类（贵金属和半导体衬底）、掺杂元素、氢化时间和物理条件（温度、pH）等使其具有优异的灵敏度，从而扩大SERS技术的应用。同时讨论了SERS技术与现在热门的微流控技术、CRISRP技术的联用，以及在单分子检测上的优缺点。最后，展望了SERS生物传感器技术的发展前景。
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  基于MoS2场效应晶体管的生物传感器用于无标记检测

  孟帅, 李浩宇, 黄超宁, 张晨阳, 蒋昌忠, 李文庆[基金项目：国家自然科学基金 (, , ), 中央高校基本科研业务费专项资金(kf) 作者简介：孟帅（-）, 男, 硕士研究生, 主要从事场效应晶体管生物传感器的研究, E-mail: mengshuai@whu.edu.cn 通讯作者：李文庆（-）, 男, 副教授, 主要从事离子束低维纳米器件研究, Email：wenqing_li@whu.edu.cn, 肖湘衡（-）, 男, 教授, 主要从事离子束能源与功能材料研究, Email: xxh@whu.edu.cn ], 肖湘衡

  光散射学报. 2023, 35(2): 135-141. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302005

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  场效应晶体管（FET）由于其响应快、灵敏度高、成本低等优点而受到广泛关注。在本文中我们制备了一种基于MoS2纳米片的高灵敏度FET生物传感器，并探讨了其在牛血清白蛋白（BSA）检测中的应用。BSA与MoS2通过疏水相互作用直接结合。该器件对BSA的检测极限为5 nM，并且对5 nM至5 μM范围内的BSA溶液均有较大的电流响应。通过对器件转移特性曲线和MoS2拉曼光谱的分析，我们将源漏电流（Ids）的增加归因于BSA对MoS2的n型掺杂。此外，MoS2 FETs可以扩展为一个通用的生物传感器平台，用于各种生物分子的灵敏检测，并有望应用于高度集成和多路复用的FET传感器结构。
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  表面增强拉曼光谱方法在细菌检测中的研究进展

  孟治材, 林东岳, 杨良保

  光散射学报. 2023, 35(2): 142-149. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302006

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  表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)是一种高灵敏度和高选择性的分析方法，能够在复杂样品环境中对目标物进行定性甚至定量分析，近年来在细菌检测领域得到了广泛的应用。SERS方法通过表面增强效应和拉曼散射效应的协同作用，能够实现对微量细菌的检测，并且具有快速、高灵敏、无损伤等优点。本文介绍了SERS方法的基本原理和在细菌检测领域的应用。综述了SERS方法在细菌检测中的两种策略，包括标记法(label-based)和无标记法(label-free)的最新研究进展。最后，本文评估了SERS方法在细菌检测领域存在的挑战和应用的前景，为进一步推动SERS方法在细菌检测领域的应用提供参考。
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  半导体纳米材料SPR特性及其在SERS中的应用

  王培键, 朱琳, 赵冰

  光散射学报. 2023, 35(2): 150-159. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302007

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  表面增强拉曼光谱（Surface enhanced Raman spectroscopy, SERS）由于其高灵敏度，高选择性获得了广泛的关注。目前可作为SERS基底的材料主要为贵金属纳米材料。贵金属纳米材料的表面等离子共振频率一般在可见光区范围，具有较高的SERS增强因子，但贵金属材料存在的一些问题限制其应用。人们希望设计并合成出适用于多种检测分子的更多样化的SERS基底，同时期望与金属类似地，通过材料自身就能实现较高的增强效应。而对于大多数半导体材料而言，由于很难在拉曼激发光波长范围内（可见区）获得表面等离激元共振（Surface plasmon resonance , SPR）诱导的增强效应，需要通过调控SPR来实现其SERS应用。基于半导体本身的物理增强研究，尤其是SPR效应的协同增强机理方向获得了越来越多的关注。本文将重点总结各类半导体SPR调控手段，以及近些年基于半导体SPR的SERS应用。
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  表面增强拉曼光谱液体活检技术研究进展

  何传箴, 许露云, 林敏琪, 林多, 陈元美, 许元基, 许家睿, 冯尚源

  光散射学报. 2023, 35(2): 160-173. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302008

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  液体活检作为新兴的癌症无损检测技术，具有最小侵入性和可重复采样的优势，可以实时监测肿瘤的发生和复发，并评估预后和治疗反应。近年来，基于生物流体的表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman scattering, SERS）检测技术因其快速、廉价、高检测灵敏度和特异性等特点，表现出巨大的临床诊断应用潜力。本文首先简要介绍了SERS光谱技术的机理与优势，综述了采用非标记与标签SERS技术在体液诊断分析的应用进展，其中包括本课题组针对血液、尿液、唾液开展的最新相关研究工作，最后分析讨论SERS 光谱技术在液体活检领域的发展前景。
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  基于聚苯乙烯微球等离激元材料的制备及SERS应用研究进展

  朱奥男, 胡艳芳, 王颖, 杨玲, 张灿灿, 谢微,

  光散射学报. 2023, 35(2): 174-188. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202302009

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  等离激元是一种存在于电介质和导体界面的电子集体振荡的电磁模式，产生该电磁模式的载体被称之为等离激元材料。通过对等离激元材料的合理设计与构建，可以在纳米尺度实现对光的精确操控，从而获得具有独特光学性质的等离激元材料。在众多的等离激元材料合成策略中，聚苯乙烯微球模板法因其普适、简单、高效、精密等优点被应用于周期性等离激元材料制备。目前，基于该方法已经在二维和三维尺度内实现了几十纳米到几微米范围内高性能周期性等离激元材料的精细化可控制备。周期性表面等离激元材料作为一种兼具高重现性和高增强活性基底，在表面增强拉曼领域获得了广泛的应用。在本综述中，首先简要概述了聚苯乙烯微球的可控自组装和多策略的模板改性方法，然后详细的阐述了极具代表性周期性等离激元材料设计合成工艺以及性能优化策略，最后探讨了周期性等离激元材料在表面增强拉曼领域的前沿热点应用和发展近况。