近日，我室硕士研究生陈乐与郭软生（共同第一作者）、邹秋顺副教授和沈祥研究员，针对SERS基底长期受困于“高增强”与“高均匀性、高重复性”难以兼顾的瓶颈，提出并实验验证了一种银纳米岛修饰的倒金字塔纳米腔三维分级SERS传感平台。该平台利用纳米腔光场束缚与银纳米岛局域表面等离激元共振（LSPR）的协同耦合，构筑高密度强电磁场热点，同时具备优异的空间信号均一性与良好的批次重现性，对R6G探针分子的检测限低至10⁻⁹M，并在10pg/mL–10 ng/mL浓度区间实现白细胞介素的定量检测。相关成果以“Nanoisland-Decorated Inverted Pyramid Nanocavities: A Highly Reproducible 3D SERS Platform for Trace Biomarker Detection”为题2026年发表于光学期刊《Optics and laser technology》。（中科院二区，IF=5.2）。

链接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.116940

一、研究背景

白细胞介素-6（IL-6）是一种关键的免疫调节细胞因子，在细胞信号传导与炎症稳态调控中发挥重要作用，其浓度异常升高可作为病毒性感染、恶性肿瘤及心血管疾病等危重病症的诊断标志物。因此，IL-6的定量检测对临床诊断和预后评估至关重要。然而，现有检测手段存在明显局限：ELISA、质谱等传统方法流程繁琐、成本偏高；荧光等新兴传感技术又常面临单分子检测灵敏度不足的问题，亟需开发兼具高灵敏度与稳定定量性能的传感平台。

表面增强拉曼散射（SERS）凭借优异的单分子检测能力与分子指纹识别特性，在生物传感领域极具潜力。但其实际应用长期受制于基底缺陷：自组装、随机生长纳米结构虽制备简便、热点密度高，却存在形貌一致性差、热点分布不可控的问题，信号重复性差，难以用于定量分析。倾斜角沉积法制备的纳米岛形貌可控、均一性良好，适合构筑SERS基底；而倒金字塔纳米空腔具备优异的光场束缚能力，二者复合可依靠腔谐振与LSPR的协同耦合进一步增强局域电场。因此，构建融合倒金字塔空腔与银纳米岛的三维分级SERS基底，是实现高灵敏、可重复生物标志物检测的可行思路。

二、研究内容

1. 可扩展制备与偏振不敏感特性：基于纳米压印的周期微腔阵列

本研究借助可复用模板发展纳米压印制备路线，实现SERS基底低成本、大面积、高保真的批量制备。周期性微腔结构具有偏振无关的等离激元共振响应，在不同入射偏振条件下热点耦合效应稳定，消除偏振扰动带来的信号波动，适配现场快速检测场景。

图1.SERS基底的制备流程与微观形貌表征

2.微腔-等离激元协同增强机制：高效热点构筑实现超高SERS灵敏度

该三维分级微腔结构结合微腔光束缚效应与银纳米岛局域表面等离激元共振，二者协同耦合形成高密度强电磁场热点。在532 nm激光激发下，对R6G探针分子检测限可达10⁻⁹M；针对炎症标志物IL-6实现宽浓度区间（10pg/mL–10 ng/mL）的线性定量检测，决定系数R²高达0.994，满足痕量生物分子定量需求。

图2：不同浓度分子的SERS光谱及其特征峰的线性关系

3.高均匀性与批间可重现性：周期阵列调控SERS信号稳定性

规整周期性阵列消除了传统随机金银基底热点分布不均的缺陷。基底同一衬底不同位置信号相对标准偏差RSD低至2.55%，不同批次衬底之间批间RSD仅5.84%，远优于多数随机型等离激元SERS基底，为可靠定量检测奠定基础。

图3：SERS信号均匀性与批间重复性测试结果

三、总结与展望

本研究提出的三维分层SERS平台，是利用银纳米岛包覆的周期性倒金字塔纳米腔结构，在单一传感体系中同时实现了对拉曼分子与IL-6蛋白生物标志物的高灵敏检测。其核心创新在于利用FDTD仿真揭示了腔光约束与纳米岛局域表面等离激元共振（LSPR）的协同增强机制，从微纳结构层面克服了SERS传感器在“高增强”与“高均匀性与重复性”之间长期难以兼顾的矛盾，标志着表面增强拉曼散射检测从“单点高灵敏”迈向“大面积定量生物分析”的重要跨越。该策略不仅证实了混合结构对激发偏振和入射角变化具有良好的光学容忍度，更为常规定量生物分析开辟了高性能材料平台。随着临床诊断与环境监测需求的深入，这一成果有望推动下一代紧凑型、高可靠性的3D分层SERS系统在疾病标志物筛查、环境污染物监测和即时检验（POCT）等领域实现广泛应用。