2023年, 第35卷, 第4期　刊出日期：2023-12-25

  

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  缝隙增强拉曼探针：制备、光学属性和应用

  邓斌格, 林俐, 叶坚

  光散射学报. 2023, 35(4): 311-325. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304001

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  缝隙增强拉曼探针（Gap-enhanced Raman tags，GERTs）是一种基于表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）技术的新型核壳纳米光学探针。SERS是一种非常敏感的光谱技术，用于检测分子的振动和转动信息。在SERS中，当分子与金属纳米结构（如金、银纳米颗粒）接触时，会产生强烈的拉曼散射信号增强效应，可以使分子的拉曼散射信号增加10个数量级以上。GERTs探针通过将拉曼报告分子包埋在颗粒内部缝隙中，获得超高的检测灵敏度，可达到单颗粒检测水平，同时，其具有分子特征光谱、特异性高，因此被广泛应用于各个领域。本文介绍了GERTs的制备和光学属性，以实现满足于实际应用的高拉曼性能的GERTs探针。同时，我们对GERTs首次作为物理不可克隆标签的应用，以及其在生物医学成像和综合诊疗方面的最新进展进行了全面综述。最后，我们对GERTs在真实应用场景中所面临的挑战进行了全面评估，为推动GERTs技术的临床转化提供了重要的参考依据。展望未来，随着进一步的研究和发展，新型、稳定且高亮度的GERTs探针定将成为一项关键的分析工具，为实际应用和科学研究提供更为丰富的可能性。
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  拉曼光谱编码技术及其应用研究进展

  汤婧怡 , 朱伟, 沈爱国,

  光散射学报. 2023, 35(4): 326-338. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304002

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  核壳结构在表面增强荧光中的研究进展

  郭澍, 王明利

  光散射学报. 2023, 35(4): 339-351. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304003

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  表面增强荧光是一种跨空间的相互作用，受荧光分子和金属纳米颗粒之间距离的影响。核壳结构因其制备方法简便、壳层厚度易调节等特点而成为近几年备受关注的研究课题。本文介绍了几种广泛应用于表面增强荧光研究的核壳结构及其国内外研究进展，主要包括金属纳米颗粒作为核心的壳层结构、金属纳米颗粒作为壳层的壳层结构以及一些其他核壳结构，并结合研究现状对核壳结构的未来发展做出展望。
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  氧化锌/贵金属复合表面增强拉曼散射基底的研究进展

  刘栋梁, 成鹏飞, 王军, 程琳, 袁顺

  光散射学报. 2023, 35(4): 352-361. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304004

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  近年来，随着纳米技术的快速发展，表面增强拉曼散射（SERS）技术已广泛应用于物理化学、材料科学、表面科学以及生物科学等领域。基于氧化锌/金属复合SERS基底，因其具有高拉曼增强性能及优异的循环利用性能，正逐渐成为SERS技术的研究热点之一。本文综述了氧化锌复合SERS基底的机制、制备、调控和应用的研究进展，并在基础上分析了相关研究趋势，从而为高性能可循环利用SERS基底的开发与增强机制的研究提供重要参考。
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  分数评估法实现光通过散射介质聚焦

  方龙杰, 程科 , 何修军

  光散射学报. 2023, 35(4): 362-368. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304005

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  为了解决强噪声环境下的相干光通过散射介质聚焦与成像问题，本文提出分数评估法，利用该方法对入射光的相位分布进行迭代优化。分数评估法的基本思想是在优化迭代过程中，通过参考目标光强值赋分的方式对相位值进行评估和考量。通过二元相位优化的方式提升迭代程序运行的速度，缩短聚焦时间，以便将该方法运用于动态散射介质。将该方法与蚁群算法对比，结果发现，分数评估法在强噪声环境下仍然能够实现散射聚焦，而蚁群算法在强噪声环境下失效。实验测得分数评估法的焦点光强是优化前散斑平均光强的71.4倍。因此，对于今后在生物成像、光电检测等应用领域，应当优先考虑使用分数评估法优化入射光的波面以提升成像或聚焦的分辨率和清晰度。
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  光纤SERS传感器结构及典型应用

  黄博, 汪正坤, 张洁

  光散射学报. 2023, 35(4): 369-382. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304006

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  光纤具有体积小、灵活性高、无电磁干扰、重量轻、适用于信号远程传输等优势，可以与SERS(Surface-enhanced Raman scattering)技术相结合，制备成光纤SERS传感器，广泛应用于无标签的化学、生物传感等领域。光纤SERS传感器具有传统SERS技术的优点，且兼具多路复用能力和特殊环境下的连续动态监测能力。本文主要综述了光纤SERS传感器结构及其典型应用。首先，探究了光纤SERS传感器的发展及其必要性；其次，介绍了目前常见的光纤SERS传感器及其制备方法；最后，简要介绍了光纤SERS传感器在典型领域的应用及未来展望。
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  基于适配体-抗体杂交用于干扰素-γ的SERS高灵敏检测*

  金伽利） 陈燕） 杨丹婷）

  光散射学报. 2023, 35(4): 383-390. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304007

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  干扰素-γ是一种重要的细胞因子，可作为临床上疾病预防、诊断和预后检测的生物标记物。为了实现对其的灵敏检测，本文基于抗体和适配体的杂交结构，开发了一种适配体传感器，其中涉及了两种探针。首先，将4-硫基苯甲酸嵌入金银合金纳米颗粒后将其与干扰素-γ适配体偶联作为检测探针。其次，将干扰素-γ抗体修饰的磁珠作为捕获探针。当干扰素-γ存在时，干扰素-γ蛋白可同时被适配体和抗体捕获，形成稳定的三明治结构，获得较强的拉曼信号；反之，当干扰素-γ不存在时，则获得较弱的拉曼信号。我们对相关的重要参数如4-硫基苯甲酸的体积、适配体的浓度、以及抗体的体积进行了优化。实验结果表明，该方法具有高灵敏度和较好的重复性，其检测限为0.25 pg/mL，在血清中的回收率高达98.7%~108%。因此这一抗体/适配体杂交传感器能实现在复杂血清环境中对干扰素-γ的快速、准确的检测，以满足临床需要。
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  Cu2O-Au复合材料表面甲基橙降解过程的原位SERS研究

  石灿 , 姚建林

  光散射学报. 2023, 35(4): 391-398. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304008

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  SERS技术因其极高的表面灵敏度和选择性而成为表界面反应过程研究的重要工具之一，而光催化性能的调控建立在对其反应过程的分子水平的认识基础上，通过SERS基底与光催化材料的结合可实现催化反应过程的现场监测。本文制备了具备催化活性和SERS活性的双功能Cu2O-Au复合材料，研究了其SERS增强和光催化降解甲基橙（MO）性能，并采用SERS技术现场研究了光催化降解MO的过程。研究表明，双功能Cu2O-Au复合材料可将SERS效应和光催化性能有效复合，实现Cu2O-Au界面处光催化降解过程的现场监测。表面Au纳米粒子的引入可使Cu2O的SERS效应增强两个数量级，催化降解性能增加1倍；现场SERS监测揭示了光催化降解过程中MO分子的N=N最易断裂，C=C最难断裂，各化学键断裂容易程度由高到低依次为N=N > Ph1-N=、=N-Ph2 以及Ph1-N=、C-N > Ph-N。
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  无机类富勒烯结构镍基纳米材料的表面增强拉曼散射效应

  舒敏, 李俊芳, 梁俊辉, 陈达, 席广成

  光散射学报. 2023, 35(4): 399-406. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304009

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  本研究采用溶剂热法成功制备了具有类富勒烯结构的羟基氯化镍纳米球，并将其作为表面增强拉曼散射（SERS）基底，以结晶紫（CV）作为探针分子，通过532 nm激发对其SERS性能进行研究。结果显示，该基底的最低检测限为10-8 mol/L。通过引入硫元素并调节反应物浓度比例，成功制备了硫-羟基氯化镍，并保持了类富勒烯结构。研究发现，掺杂硫后的基底能够更有效地增强拉曼散射效应，提高了检测灵敏度，并实现了对结晶紫（CV）的痕量检测，检测浓度可达到10-11 mol/L，提升了3个数量级。此外，通过对5000个测量点的SERS信号强度统计，得到了硫-羟基氯化镍基底的信号相对标准偏差（RSD）值为4.4%，表明其具有良好的重现性和均匀性。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）对羟基氯化镍和硫-羟基氯化镍进行了形貌结构表征。
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  单层二硫化钼与银纳米颗粒阵列复合结构的表面增强荧光特性研究

  刘萱, 李沐华, 赵艳,

  光散射学报. 2023, 35(4): 407-411. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304010

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  本文采用阳极氧化铝模板辅助真空蒸镀技术研究并制备了厘米级、形貌均一、颗粒尺寸可控的银纳米颗粒（AgNPs）阵列，并结合传统的湿法转移技术获得了单层MoS2/AgNPs阵列复合结构。系统研究了该复合结构的表面增强荧光（SEF）特性，结果表明我们制备的AgNPs阵列可用作高效SEF基底来增强单层MoS2的荧光性能。且随着温度降低，单层MoS2的荧光性能得到了进一步提升。本研究为MoS2在光电集成领域的应用提供了理论和技术基础。
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  奉国寺大雄殿元代壁画表面附着物光谱分析与研究

  孙斯羽, 刘成, 冯圆媛

  光散射学报. 2023, 35(4): 412-418. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202304011

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  奉国寺大雄殿内壁画精美独特，有着极高的历史研究价值和艺术研究价值，但在历经风霜后壁画出现了多种不同程度的病害。附着物覆盖即为其中的一类典型病害，通过壁画表面四类附着物的现状调查发现各类附着物在壁画表面分布位置存在差异。采用X射线衍射及红外光谱分析判断四类附着物分别为碳酸钙、不饱和聚酯漆、纸类纤维、聚乙烯醇缩丁醛与聚醋酸乙烯酯。经过环境监测和相关历史资料整理综合推断产生原因应当主要同历史修缮密切相关。研究旨在通过病害调查、成分分析和成因分析系统揭示奉国寺壁画表面附着物覆盖的特征，为壁画表面附着物覆盖的清理与壁画的修复保护提供一定的理论依据。