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本文聚焦柔性表面增强拉曼散射基底（FSS），全面阐述其设计策略、制备技术，对比刚性基底，突出 FSS 优势。还介绍其在生物传感器、食品安全检测等多领域应用，分析面临挑战，为相关研究提供新思路。
引言
拉曼光谱是一种强大的分析技术，能提供分子指纹信息。但拉曼散射截面小，约为 10?29 cm2/sr ，信号微弱。1974 年，Fleischmann 等人发现吡啶分子吸附在粗糙银电极表面时，拉曼信号显著增强，开启了表面增强拉曼光谱（SERS）的研究。
SERS 增强机制主要有电磁增强机制（EM）和化学增强机制（CM）。CM 增强是分子通过化学键直接吸附到金属表面，发生电荷转移改变极化率，可使拉曼散射水平提高约 103 倍，受分析物化学特性及与表面相互作用影响。EM 机制由 Van Duyne 等人提出，采用等离子体贵金属纳米结构（如银、金、铜、铝等），当入射光聚焦在等离子体结构空间（热点）且光频率与贵金属整体振动频率匹配时，发生局域表面等离子体共振（LSPR），有效集中电磁场，增强 102 - 105 倍，与分析物分子结构无关，能使 SERS 信号增强 103 - 108 倍。二者叠加可实现超灵敏 SERS 检测。
SERS 基底结构和材料特性对信号增强至关重要。等离子体结构主导 SERS 性能，如含纳米间隙和纳米尖端的贵金属纳米颗粒、有纳米孔等结构的表面、金属 - 有机框架（MOF）、核壳结构、柱阵列等，都能产生大量热点增强电磁场。SERS 基底纳米结构可从维度和形式分类，3D SERS 基底因具有更多热点和更高激光吸收效率，性能更优。基底形式经历了胶体、刚性和柔性三个阶段，柔性 SERS 基底（FSS）具有机械适应性、大面积制备、适用于不规则表面传感等优势，应用前景广阔。
SERS 基底分为刚性 SERS 基底（RSS）和 FSS。RSS 通常构建在玻璃、硅等非可变形材料上，采用溅射、化学气相沉积（CVD）等技术制备，结构稳定，适用于实验室平坦样品检测，但对非平坦或粗糙样品适应性差。FSS 由柔软可变形材料制成，包括聚合物、纺织品、生物材料等，具有增强的多功能性和适应性、轻质低成本、双向传感透明性、良好机械柔韧性等优点，可用于生物传感、食品安全检测、环境监测等领域，相比 RSS 更具优势。
此前已有不少关于 FSS 的综述，但本文涵盖更广泛的柔性材料，深入研究材料特性和制备技术，强调制造和设计策略面临的挑战，探索热点分布控制和大规模可重复性，从设计策略、材料特性及制备方法、应用领域三个方面系统阐述 FSS。
3D 柔性 SERS 基底（FSS）的设计策略
理想的 FSS 期望具有高密度且均匀的热点、良好的可重复性、可重用性、低成本和实用性。其功能通过在选定的柔性层材料上设计和制造等离子体结构实现。等离子体结构的均匀性、间隙大小和热点密度等众多因素显著影响 SERS 增强效果。在过去十年，实现超灵敏 FSS 主要有两种策略（此处未详细阐述具体策略内容，原文未提及完整信息 ）。
3D - FSS 的制备
等离子体纳米结构在 SERS 基底中起决定性作用，其大小、形状和组成直接影响 EM 机制。根据不同特征、贵金属成分、制备方法以及每种 SERS 基底的检测限，可将等离子体结构分为三类（原文未详细列出三类具体内容 ）。在 FSS 制备中，支撑材料的选择至关重要，它决定了等离子体纳米结构的设计策略和制备方法。
FSS 基器件的应用
FSS 已成为对各种目标进行高灵敏度和痕量分析的关键工具。与 RSS 不同，FSS 可直接附着在复杂样品表面，具有采样方便、分析快速的优势，适用于低成本、适应性强且高灵敏度的检测设备，应用于生物传感器、食品和环境监测、基于 FSS 的微流控等领域。
- 生物传感器：FSS 在生物传感器领域应用广泛，可用于疾病诊断等方面。例如在检测某些疾病标志物时，FSS 能够快速、灵敏地检测出极低浓度的目标分子，为疾病的早期诊断提供了有力支持。
- 食品和环境监测：在食品安全检测中，FSS 可用于检测食品表面的农药残留。其能够直接与食品表面接触，快速分析是否存在农药超标问题。在环境监测方面，可用于检测环境污染物，对水质、大气中的污染物进行痕量分析，及时发现环境污染问题。
- 基于 FSS 的微流控：FSS 与微流控技术结合，可实现对小分子的高灵敏度检测。在微流控芯片中，FSS 能够有效富集和检测样品中的小分子物质，提高检测效率和准确性。
结论和未来展望
FSS 的发展是材料工程和拉曼光谱学的重要里程碑，为灵敏且多功能的分子检测提供了前所未有的机遇。柔性材料成本效益高、易于制造、能适应复杂表面，推动其成为 SERS 研究前沿。然而，FSS 仍面临一些挑战，如可扩展性问题、混合设计的优化以及对新应用领域的探索等。未来研究需聚焦这些挑战，进一步提高 FSS 的性能，拓展其应用范围，以满足生物、化学传感等多领域日益增长的检测需求，推动相关领域的发展。
