单层金纳米粒子代替金针尖做表面增强拉曼散射检测
中科院院士、厦门大学化学化工学院田中群教授课题组与美国佐治亚理工学院王中林教授课题组合作，在电化学控制条件下获得了多种分子或离子吸附在铂、金等单晶电极上的表面拉曼光谱，该新技术尚属首次，其研究成果发表在3月18日的英国《自然》（Nature）杂志上。表面增强拉曼散射（SERS）是一种具有超高灵敏度的无损光谱检测技术，其检测限可达单分子水平，可与单分子荧光相媲美。但是为了保证基底的SERS效应，传统金属基底（如Ag，Au，Cu等）表面必须具有一定的粗糙度或者纳米结构，这大大限制的SERS的实际应用。因此人们采用了一系列的方法将SERS技术拓展至非传统基底，其中最引人注目的是针尖增强拉曼光谱（TERS）。
TERS技术是将将待测物质（分子或者材料表面）与作为拉曼信号放大器的纳米级别的金针尖分离。但是由于拉曼增强只来源于针尖区域，信号太弱。因此，迄今为止TERS研究只局限于某些拉曼散射截面比较大的分子。
他们报道了一种新颖的壳层隔绝拉曼增强拉曼光谱方法。该方法通过在具有SERS活性的Au纳米粒子上包覆上一层超薄的二氧化硅或者氧化铝壳层，从而将其与待测物质分离，并将这种纳米粒子做为“智能尘埃”铺洒在样品表面进行检测。该超薄壳层不但避免了纳米粒子的团聚，同时还有效避免Au纳米粒子与待测分子和材料直接接触，保证了拉曼信号是真实来自于待测基底的。利用这种方法，得到各种分子吸附在Pt和Au单晶表面以及氢分子层在硅表面的高质量拉曼光谱图。同时利用这种方法在酵母细胞以及橘子类水果表皮农药残留的研究成果表明这种新型的SERS方法将在材料，生命科学，食品安全、药物和爆炸物检测以及环境污染等领域具有巨大的应用前景。
针尖增强拉曼光谱（TERS）的发明突破了以往SERS在基底和表面的通用性的局限。它采取的工作模式是将待测物质与作为拉曼信号放大器的金针尖分离。在最佳激光照射下，针尖的电磁场增强效应可以延伸到靠近针尖顶端的样品。理论上，这种针尖效应可以增强在任何材料和表面形貌基底上的拉曼信号，并具有很高的分辨率。然而，来自于针尖区域（大约20-50纳米）的总体拉曼信号还是太弱，这就使得TERS技术目前还只局限于一些拉曼散射截面比较大的分子的研究。同时它所需的复杂和昂贵的仪器也限制了该技术的很多实际应用。
他们的方法是利用包裹有极薄的二氧化硅或者氧化铝壳层（这里表示为Au@SiO2或者Au@Al2O3 纳米粒子）的单层Au纳米粒子代替Au针尖，每个纳米粒子都可作为TERS系统中一个Au针尖，因而这种方法相当于在待测基底表面同时引入了上千个TERS针尖。可以获得所有纳米粒子共同增强的拉曼信号，比单个TERS针尖大2~3个数量级。此外，使用化学惰性壳层包裹Au纳米粒子还能防止SERS活性纳米结构直接接触待测物质。这种壳层隔绝模式最大的优点就是它具有更高的检测灵敏度，并且可在形貌各异的各种材料上广泛应用。他们把这种技术称为“壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱”（SHINERS）。