三维柔性ZIF-8/金纳米颗粒/微半球阵列基底的高性能表面增强拉曼光谱检测研究

为解决传统表面增强拉曼光谱（SERS）基底灵敏度不足和实际检测便捷性问题，南京大学研究人员开发了一种三维（3D）柔性ZIF-8/金纳米颗粒（Au NPs）/微半球阵列基底。该基底通过3D有序微结构提供高密度"热点"，结合金属有机框架（MOFs）的预富集效应，实现了对4-ATP低至10?15 M的检测限，增强因子达3.965×107，并在鱼皮样本中成功检测0.1 ppm的孔雀石绿（MG），为环境监测和食品安全提供了新型快速检测方案。

　　

在分析检测领域，表面增强拉曼光谱（SERS）技术因其单分子水平的检测能力备受关注，但如何兼顾高灵敏度和实际应用的便捷性仍是巨大挑战。传统SERS基底往往受限于二维平面结构，难以形成足够多的"热点"（hot spots），且刚性基底无法适应不规则样本表面。金属有机框架（MOFs）虽能通过孔隙结构富集分析物，但如何将其与三维微纳结构协同整合仍是技术难点。

南京大学的研究团队在《Sensors and Actuators A: Physical》发表的研究中，创新性地将三维有序微半球阵列、金纳米颗粒（Au NPs）和沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）集成到柔性基底上。研究人员采用二次模块化方法：首先通过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模板将蓝宝石模具上的微半球阵列转印至聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜；随后通过界面自组装固定Au NPs形成高密度热点；最后旋涂ZIF-8层实现分析物预富集。扫描电镜（SEM）表征和有限时域差分（FDTD）模拟证实了结构的优越性。

Preparation of the 3D PDMS substrate with the micro-hemisphere array
通过PMMA模板转移法在柔性PDMS上构建了直径约2 μm的规则微半球阵列，为Au NPs提供了三维锚定位点。

Results and discussion
SEM显示Au NPs均匀分布在微半球表面，形成单层覆盖。ZIF-8涂层厚度约200 nm，其孔隙率通过氮气吸附测试证实。该基底对4-ATP的检测限达10^?15 M，增强因子（EF）为3.965×10⁷，较无ZIF-8的对照组提升两个数量级。在鱼皮样本中，0.1 ppm的孔雀石绿（MG）仍能清晰检出，证实其实际应用价值。

Conclusion
该研究成功实现了3D微结构、等离子体纳米颗粒和MOFs的三重协同，突破了柔性SERS基底的性能瓶颈。其创新性体现在：① 微半球阵列的曲率效应增强了局域表面等离子体共振（LSPR）；② ZIF-8的分子筛效应选择性富集小分子污染物；③ PDMS基底可直接贴附复杂表面。这项技术为现场快速检测提供了新范式，在食品安全和环境监测领域具有重要应用前景。