基于Ag/TiO2/Si三元异质结的SALDI-MS灵敏度增强策略：电荷分离与等离子体热效应的协同调控

针对SALDI-MS（表面辅助激光解吸电离质谱）中小分子检测灵敏度受限的问题，研究人员通过构建Ag/TiO2/Si三元异质结基底，结合p-n结与肖特基势垒工程，实现了电荷分离效率提升与等离子体热效应增强。该基底对药物分子和磺胺类抗生素的检测限低至1×10?12 M，相对标准偏差<3.5%，为高性能质谱基底设计提供了新范式。

　　

在生命科学和临床检测领域，表面辅助激光解吸电离质谱（SALDI-MS）因其无需复杂前处理、高通量等特点，成为小分子检测的重要工具。然而，传统有机基质（如CHCA、DHB）易产生低质量数干扰，而无机纳米材料基底又面临电荷复合率高、热效应不足等瓶颈。如何通过材料设计突破灵敏度极限，成为研究者亟待解决的难题。

针对这一挑战，中国国家自然科学基金支持的研究团队创新性地提出三元异质结策略，在《Microchemical Journal》发表研究成果。该工作通过水热合成、热蒸发沉积和气相组装技术，构建了Ag/TiO₂ NRs/Si基底：先在p型硅片上生长655 nm高的n型TiO₂纳米棒（NRs），再负载银纳米颗粒（Ag NPs），最后进行氟硅烷修饰。关键技术包括TiO₂ NRs的形貌调控、Ag NPs的等离子体效应优化，以及界面电荷传输表征。

研究结果

1. 材料表征：X射线衍射证实TiO₂ NRs为金红石相，Ag NPs平均粒径20 nm，氟硅烷修饰使接触角达145°，显著提升疏水富集能力。
2. 机制验证：p-n结使TiO₂导带电子迁移至Si，肖特基势垒促进Ag NPs电子捕获，电荷分离效率提升3.2倍；Ag NPs的局域表面等离子体共振（LSPR）使局部温度升高48%。
3. 性能测试：对卡托普利和磺胺甲恶唑的检测限达1×10^?12 M，信号重现性RSD<3.5%，优于同类二元基底（如Au/TiO₂）。

结论与意义
该研究首次将半导体异质结与金属-半导体界面效应协同应用于SALDI-MS基底设计。通过p-n结抑制电荷复合、肖特基势垒延长载流子寿命、LSPR增强热脱附的三重机制，突破了传统材料“高电离效率必牺牲稳定性”的困境。特别是氟硅烷修饰实现“疏水富集-高效电离”一体化，为临床痕量药物监测和抗生素残留检测提供了新方案。研究不仅推动SALDI-MS技术向单分子检测迈进，也为多界面能量转换材料设计提供了理论参考。