科研進展
基于離子徑跡技術的三維金納米線網格SERS 襯底研究獲重要進展
近日，中國科學院近代物理研究所材料研究中心團隊與香港城市大學等單位合作，提出一種具有優異聚焦容忍性和結構穩定性的三維表面增強拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS）襯底的設計方法。相關研究成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
SERS 技術通過增強材料表面的局域電磁場強度，實現對低濃度分子拉曼散射信號的顯著放大，在生化傳感、生物醫學成像、食品安全與公共安全等領域具有重要應用前景。然而，隨著應用場景由實驗室向現場檢測和實際部署拓展，傳統 SERS 襯底在激光聚焦容忍性不足以及結構附著穩定性有限等方面的問題日益凸顯。
在前期研究中，團隊基于離子徑跡技術，成功創制了一類突破尺寸極限兼具超高能量吸收能力的納米梁晶格力學超材料(Nat. Commun. 14, 1243 (2023); Adv. Energy Mater. 13, 2300129 (2023))。基于上述研究基礎，研究人員進一步從三維納米線網格的光學特性出發，設計出一種兼具三維電磁熱點分布與高力學穩定性的金納米線網格 SERS 襯底。
實驗結果表明，該金納米線網格襯底在 20 倍物鏡條件下，可在 192.8±19.6 μm的離焦范圍內保持約 50% 的 SERS 活性，表現出顯著的聚焦容忍性。該襯底對非共振探針分子4-巰基吡啶的檢測限低至1×10?12 M，信號均一性高（相對標準偏差RSD < 10%）。由于納米線在三維空間形成連續的網絡結構，該襯底結構極為穩固，能夠承受超聲波處理、水流沖刷乃至在黃河水等復雜成分環境中直接取樣等嚴苛物理考驗，同時保持SERS性能穩定。
在機理研究方面，科研人員通過建立有效介質模型，揭示了襯底優異的聚焦容忍性源于增強的光散射速率、提升的局域光學態密度以及展寬的電磁本征模式之間的協同作用，進而使三維結構具備高效的光捕獲能力和顯著的近場增強效應。
該項研究工作得到國家自然科學基金、甘肅省科學技術廳及香港研究資助局的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202525115
圖：具有聚焦容忍性和結構穩定性的三維金納米網格SERS襯底：a-b基于離子徑跡技術制備的三維金納米線網格模型；c金納米線網格實物的掃描電鏡照片，納米線直徑為35 nm；d 三維襯底在20倍物鏡下能夠在離焦范圍192.8±19.6 μm內保持50%的SERS信號；e 超聲水應力環境SERS穩定性測試，在30分鐘超聲后仍能保持信號穩定；f 有效介質模型反映出納米線網格結構在激發光附近的高局域態密度。
（材料研究中心 供稿）
