近日，我室郭软生硕士研究生、邹秋顺副教授和沈祥研究员等在期刊Applied Surface Science (IF=6.9)上发表了题为“ Nanocavity-supported plasmonic nanograss for uniform and highly sensitive surface-enhanced Raman spectroscopy ”的研究论文（713 (2025) 164236）。

文章链接: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.164236

表面增强拉曼光谱（SERS）凭借其超高灵敏度及无损的特性，被广泛应用于生物标志物检测、药物开发与环境监测等领域。近年来，随着微纳制备技术的不断发展，各种纳米结构与纳米粒子的结合获得了广泛的研究，被认为是增强局部电场、提高分子间作用的有效策略。然而，由于金属纳米粒子的合成与组装过程中很大程度上具有随机性和不稳定性，造成了SERS基底的均匀性较差且性能不足。针对这些不足，本研究提出了一种纳米腔增强银纳米草SERS芯片（NSSN, 图1），用于提高SERS基底传感的稳定性与灵敏度。

图1. 纳米腔集成银纳米草SERS基底结构示意图；（中）不同位置检测4-MBA（10⁻⁷M）的拉曼光谱，插图为银纳米草的SEM斜视图；（右） 4-MBA(10^-4M)在单层银（Silver film）、PNSW(无纳米腔)、NSSN三种不同基底上的SERS光谱。

该基底是一个标准的三明治结构，从下而上依次为金反射层、三氧化二铝纳米腔及银纳米草三部分。通过斜角沉积（OAD）可制备出均匀分布的银纳米草，与传统化学方法合成的纳米粒子不同，银纳米草在生长过程中具有良好的方向性，有效地避免了合成与组装过程中纳米粒子的聚集导致的不均匀现象，同时其粗糙的表面形貌为分子吸附提供了大量的热点；理论上，利用有限元法与时域有限差分法模拟了银纳米草的光学特性，讨论了不同尺寸

的银纳米草对基底的吸收光谱的影响；通过对比银纳米草基底在有腔和无腔下的场强分布，详细证实了纳米腔对银纳米草的增强作用，同时也讨论了不同纳米腔厚度对基底光学特性的影响，并在实验中利用原子层沉积（ALD）技术实现了最佳厚度三氧化二铝层的制备。本研究以4-巯基苯甲酸（4-MBA）为分析物，对三种基底（银层、无腔银纳米草（PNSW）、纳米腔集成银纳米草）的SERS性能进行表征，实验证实该纳米腔增强银纳米草SERS芯片（NSSN）展现出良好的检测性能（LOD：10^-8M）和均匀性（RSD≈4.67%），如图2所示。

另外，为了进一步验证本工作制备的NSSN的传感性能，研究将其用于染料分子罗丹明（R6g）和结晶紫（CV）的测定，其检测限分别为10^-9M和10^-8M。与PNSW和常见的金属纳米粒子与结构组合的结构相比，该基底表现出良好的灵敏度和均匀性，有望在生物传感、环境监测等领域具有良好的应用前景。

图2. (a) 和(b) NSSN和PNSW上不同浓度R6G的SERS光谱；(c)和(d) NSSN和PNSW上不同浓度CV的SERS光谱。