表面增强拉曼散射（SERS）因其突出的分子指纹诊断能力，是一种有前景且超灵敏的分析技术。然而，待测分子通常需要稳定附着在 SERS 活性区域上，这使得监测弱吸附分子变得困难。本研究通过简便的层层策略，开发了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性 SERS 基底，并结合银纳米立方体（Ag NCs）和 ZIF-67。由有前景的 Ag NCs 产生的电磁增强，结合 ZIF-67 的分子锚定表面和化学增强能力，获得了 9.1 × 108 M 的超高增强因子（EF）。此外，利用这种多功能基底，随后实现了对槲皮素的基于 SERS 的实际检测，其检测限（LOD）低至 2.3 × 10-5 mg/mL，表明其在食品营养成分直接监测中具有诱人的前景。值得注意的是，PDMS 骨架在 2905 cm-1 处的固有拉曼信号被充分用作内标，以提高此类检测的可靠性。预期这种兼具突出 SERS 性能和定量检测能力的智能平台，可能在食品和生化检测领域获得广泛应用[1]。
在本文研究中，通过层层组装技术构建了一种精巧的 PDMS@Ag 纳米立方体（AgNCs）@ZIF-67 SERS 基底，用于检测橙汁中的痕量槲皮素。由于 ZIF-67 的存在，目标分子的富集效率得到改善，使其被拉近至具有“热点”的 Ag NCs 附近。重要的是，当利用 PDMS 的固有拉曼峰校正目标信号时，槲皮素的回收率在 95% 与 105% 之间波动。目前的多元策略为建立超灵敏 SERS 基底提供了重要依据，有利于在复杂真实世界体系中对痕量食品营养成分进行定量原位分析。
使用设备：海洋光学QEPro，谱镭光电技术有限公司拉曼系统（ProSp-Micro40-VIS）和激光器（SPL-LASER-532）
具有大规模平坦表面的 PDMS 基质有利于 Ag NCs 的均匀修饰，这些 Ag NCs 紧密且整齐地组装在柔性薄膜上。在此，Ag NCs 是在水热条件下，以银氨溶液、葡萄糖和 CTAB 为原料合成的。结果，所合成的 Ag NCs 尺寸并非十分均匀，而是在一定范围内波动，如粒径统计分析所示（图 1a）。值得一提的是，其尺寸主要集中在 42.5 和 52.5 nm 之间。其轮廓清晰，也可由 484 nm 处特征偶极共振峰的出现所印证（图 1b）。此外，在 347 和 393 nm 处还出现了另外两个微弱肩峰，这可归因于 Ag NCs 尖锐顶点和边缘上形成的面外四极和偶极共振。图 1c 中的 TEM 图像进一步展示了两个尺寸匀称的典型 Ag NCs 的棱角特征。此外，高分辨 TEM（HRTEM）图像阐明了特定 Ag 晶面的原子结构，显示了面心立方 Ag 晶体 (200) 面的 0.2 nm 晶格间距（图 1d）。选区电子衍射（SAED）图中 (200) 和 (220) 衍射斑点均呈方形对称，也证明了 Ag NCs 的单晶特征（图 1e）。同时，用 Ag NCs 修饰后，在无定形 PDMS 基质的初始空白 XRD 谱中出现了位于 37.8°、43.9°、64.1° 和 77.1° 的四个强衍射峰（图 1f）。这些特征峰可归因于 (111)、(200)、(220) 和 (311) 晶面，对应于 Ag 的典型面心立方特征（JCPDS: 04–0783）。
在 PDMS@AgNCs@ZIF-67 基底成功构建后，通过指定 MB 作为染料示踪剂评估了其 SERS 性能。值得注意的是，在 PDMS@AgNCs、PDMS@AgNCs@ZIF-67 (0.05 mg/mL) 和 PDMS@AgNCs@ZIF-67 (0.1 mg/mL) 三种不同基底上均可清晰观察到 MB 的特征峰，如图 a 所示。位于 447 和 1397 cm^-1 的峰来源于 C-N-C 环伸缩振动，位于 501 cm^-1 的峰来源于不对称 C–N 伸缩振动。值得一提的是，当使用 ZIF-67 纳米颗粒并增加其用量时，可观察到持续增强的 SERS 信号，表明它们在 SERS 效应中发挥重要作用。当没有目标拉曼分子时，有意义的是验证 PDMS 在 489、615、708、2905 和 2968 cm^-1 处的典型拉曼峰在依次修饰 Ag NCs 和 ZIF-67 后仍能很好保留（图 5b）。有趣的是，这些固有拉曼峰被 Ag NCs 明显放大，尽管 ZIF-67 在这方面表现出负面影响。随后，这些稳健的固有拉曼峰被用作 IS，以实现不同浓度 MB 的定量检测。得益于所提出的 PDMS@AgNCs@ZIF-67 基底具有吸引人的 SERS 增强和分子富集能力，展示了低至 10^-10 M 的超低最低检测浓度（图 5c）。当将 2905 cm^-1 处轻微波动的固有信号（下图，实心圆）作为分母，通过除法克服目标 SERS 强度的波动时，实现了完美的线性校准，其线性相关系数 (R^2) 从 0.983 大幅提高至 0.999（图 d）。
综上所述，通过层层组装策略构建的稳健 PDMS@AgNCs@ZIF-67 基底，实现了对橙汁中槲皮素的可靠内标介导定量 SERS 监测。通过整合化学与电磁效应所带来的适当协同增强，以及介孔表面赋予的分子锚定能力，所设计的 SERS 基底表现出高达 9.1 × 10^8 的显著 EF 值。此外，获得了 RSD 值为 9.4% 的均匀信号，这表明表面“热点”的均匀分布以及目标分子在基底上的稳健锚定。而且，经 PDMS 基质的内标信号校正后，橙汁中槲皮素定量检测的回收率均高于 95%。总之，本文提出的 PDMS@AgNCs@ZIF-67 基底有望在定量和灵敏度两方面优化食品与生化分析。
文中所用仪器
显微系统中搭载一款多功能、高灵敏度光谱仪，适用于各类光谱检测和弱光信号应用。并在拥有高性能的同时体积小巧可手持使用，也便于集成在试验系统中。
采用背照式CCD探测器具有高量子效率和板载缓存功能，以确保在高速采集中的数据完整性。可选的内置快门可有效控制暗噪音，可更换狭缝便于客户适配不同的应用场景。含定制和预配置型号，可以根据实验需求进行进行参数定制以满足更多样性的分辨率与光谱范围需求。
预配置型号示例：
1.吸光度
2.荧光
3.通用紫外-可见分光光度计 （200-775 nm）
4.通用可见近红外 （350-925 nm）
5.扩展范围 （200-950 nm）
6.拉曼光谱（785nm激发）
产品特点
可更换狭缝光栅
2个指示灯显示光谱仪与热电冷却状态
10个用户可编程数字I/O引脚
4种触发模式
SPI/I2C外设控制通信、USB 2.0全速传输
RS232最高460k波特率非易失性存储
典型应用领域
血液和生物样品的吸光度
环境中的气溶胶
食品掺假
蛋白质荧光测量
需要高热稳定性和低杂散光的弱光应用
眼科材料监测
文中研究使用的显微拉曼系统现已更新换代，全新升级的Micro40系列显微光谱测量系统，把透反射、荧光和拉曼光谱测量功能集成到一套显微平台上， 实现显微透反射、显微荧光和显微拉曼光谱的测量。整套系统由显微镜、显微模块、光谱仪和光源等构成。系统可以选装二维电控扫描台， 实现Mapping测量功能。
- 显微荧光光谱测量
- 显微拉曼光谱测量
- 显微透反射光谱测量
- Mapping光谱测量
- 正常显微镜功能
模块化设计：不同波长的荧光模块、拉曼模块可以选择， 不同的光谱仪和光源可以选择；
全光纤结构：不同模块之间的信号通过光纤传输， 这对于后期的维护和升级非常有利；
光谱测量范围宽：根据不同配置，光谱范围可以覆盖250-2500nm;
空间分辨率高：在100X物镜下， 光谱采集区域可以小到2um;
二维扫描：可以配二维扫描台， 实现Mapping测量功能；
示例：拉曼光谱R6G，浓度10⁻⁷, Si基底，Au Sers增强，532nm激发
谱镭光电的SPL-LASER-532系列激发光源是具备高稳定性、输出功率连续可调节激光器，不易损坏、耦合效率高、操作方便、光纤可拆卸更换;适用于荧光激发、光谱分析、细胞肿瘤照射、医疗分析、光电检测等设备实验需求。可选波长涵盖405nm~1064nm的各种激发波段。
产品特点：
- 单模光纤耦合输出，光斑质量高；
- PM保偏光纤可选；
- 仪器可通过面板操作，也可以通过软件操作，
- 带二次开发指令集；
- 大功率TEC制冷，温度稳定性高；
- 带TTL触发、内触发和模拟调制功能；
- 可选各种规格的准直透镜。
参考文献
1. Fang X, Ma J, Gu C, Xiong W, Jiang T. Synchronous enhancement of electromagnetic and chemical effects-induced quantitative adsorptive detection of quercetin based on flexible polymer-silver-ZIF-67 SERS substrate. Sensors and Actuators B: Chemical 2023; 378.
