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表面增强拉曼散射(SERS)技术是一种基于光谱学的生物化学传感技术,因其具备超高灵敏度和痕量探测能力,在医学诊断、食品安全和环境监测等领域展现出巨大的应用潜力。近年来,无等离激元SERS传感器因其高生物兼容性、高稳定性和低成本等优势备受关注。然而,如何进一步提升无等离激元SERS的探测灵敏度以实现单分子级别检测,仍然是该领域面临的核心挑战之一。
二维材料因其独特的量子效应、原子级缺陷、高活性边缘等特性,被认为是构建高性能无等离激元SERS传感器的理想基础材料。针对这一研究方向,我院低维电子器件团队提出了一种创新的机械–化学活化策略,成功设计并制造了一种基于二维MnPS3的无等离激元SERS传感器。
在这一工作中,团队首先通过在二维MnPS3表面构建褶皱结构,大幅增强了光与物质之间的相互作用;随后,通过化学基团修饰,显著提高了传感器与目标分子之间的电荷转移效率。这两种修饰方式的协同作用极大地提升了传感器的性能。实验结果表明,通过这一机械–化学活化策略,团队实现了对生物化学分子浓度低至10-19 M的探测极限,达到了世界领先水平。
该研究成果为无等离激元SERS传感器的设计提供了新思路,并进一步拓展了SERS技术的应用场景。相关成果以“Mechanochemical activation of 2D MnPS3 for sub-attomolar sensing”为题发表在国际权威期刊Nature Communications上。陈文骏博士为本文第一作者和通讯作者,22级电子信息工程专业本科生桂佳宝为共同第一作者,共同通讯作者包括滕长久博士、赵仕龙博士,以及中国科亚投快3院士、深圳理工大学成会明教授。其他校内作者还包括23级新一代电子信息技术专业研究生翁湘潮、附属口腔医院赵本利老师、食品科学与工程亚投快3曾新安教授、汪浪红博士。佛山大学电子信息工程亚投快3为论文的第一完成单位。
图2 二维MnPS3机械–化学活化策略的流程示意图、SERS传感器机理示意图和性能。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-54608-0
稿件来源:电子信息工程亚投快3
通讯员:陈文骏、刘玉刚