可控嵌段共聚物自组装实现等离子体共振增强的表面增强拉曼散射传感器研究

本研究通过嵌段共聚物（BCP）自组装制备可调分布式布拉格反射器（DBR）薄膜，与金纳米颗粒（AuNPs）基底集成，实现表面增强拉曼散射（SERS）灵敏度99倍提升，农药Thiram检测限低至0.2 ppm，为食品安全监测提供高效解决方案。

　　

表面增强拉曼散射（SERS）技术因其高灵敏度在生化检测领域备受关注，但其性能受限于金属纳米颗粒（如AuNPs）的局域表面等离子体共振（LSPR）效率。传统分布式布拉格反射器（DBR）薄膜虽能通过光子回收增强信号，但制备工艺复杂且反射波长（λ_R）调控困难。如何实现简便、精准的波长匹配成为提升SERS传感器的关键挑战。

为解决这一问题，延世大学的研究团队创新性地将聚苯乙烯-b-聚(2-乙烯基吡啶)（PS-b-P2VP）嵌段共聚物（BCP）的自组装特性与DBR设计结合。通过热退火和乳酸（LA）掺杂，构建了缺陷少、层间距（L₀）可调的巨层状结构，反射波长覆盖可见光至近红外区域。该DBR薄膜与AuNPs基底集成后，在λ_w=522 nm处SERS灵敏度提升99倍，并成功检测苹果表面0.2 ppm的农药Thiram。相关成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

关键技术方法
研究采用TEMPO氧化法制备纤维素纳米纤维基底，通过热退火和LA掺杂调控PS-b-P2VP的微相分离，结合同步辐射小角X射线散射（SAXS）表征纳米结构。利用紫外-可见光谱评估DBR反射性能，并通过拉曼光谱验证Thiram检测限。

研究结果

1. 材料合成：LA掺杂使P2VP微域膨胀，层间距从初始的48 nm增至320 nm，反射波长红移。
2. 结果与讨论：DBR薄膜的窄带反射（半峰宽<50 nm）与AuNPs的LSPR峰（521 nm）匹配时，电磁场增强效应最显著。
3. 结论：该传感器在实地测试中展现出卓越的稳定性和检测效率，为农业和环境监测提供了便携式解决方案。

意义与展望
此项研究不仅突破了传统DBR制备的局限性，还通过BCP的自组装特性实现了光学性能的精准调控。其模块化设计允许DBR薄膜与多种SERS基底兼容，为开发低成本、高性能的生化传感器开辟了新途径。未来可进一步探索其他功能性分子掺杂对BCP光学性能的影响，以拓展其在医疗诊断等领域的应用。