低成本可清洗高复用银纳米粒子表面增强拉曼散射基底的制备与应用研究

为解决传统表面增强拉曼散射（SERS）基底制备成本高、复用性差的问题，研究人员开发了一种基于自还原溶液旋涂加热法的银纳米粒子（Ag NPs）制备技术。该技术通过优化AgNO3浓度和加热条件，实现了10 nm级纳米间隙Ag NPs的规模化制备，其SERS增强因子（EF）达6.4×104，经10次超声清洗仍保留60%性能，成本仅为商用基底的1/170，为环境监测和生物检测提供了经济高效的解决方案。

　　

表面增强拉曼散射（SERS）技术因其单分子级检测能力，在环境污染物分析和疾病标志物筛查中极具潜力。然而，传统贵金属纳米结构基底的制备依赖电子束光刻或模板法，需真空环境和昂贵设备，且清洗后性能骤降。这些瓶颈严重限制了SERS技术的普及应用。如何通过简便工艺制备高灵敏度、强附着力的可复用基底，成为亟待突破的关键科学问题。

针对这一挑战，国内某研究机构（注：原文未明确机构名称）的Xu Zhao团队创新性地提出"自还原溶液旋涂-加热"两步法。该方法将含AgNO₃、聚乙烯醇（PVA）和铂纳米粒子（Pt NPs）的溶液旋涂于玻璃基底，经230°C加热后，Pt NPs催化PVA分解产生还原性气体，直接在基底上原位生成具有10-20 nm间隙的银纳米粒子（Ag NPs）。这种工艺摒弃了真空环境需求，将生产成本压缩至商用基底的0.6%。相关成果发表在《Applied Nursing Research》上，为SERS技术的实用化推进提供了新思路。

研究团队运用场发射扫描电镜（FE-SEM）表征纳米结构，通过紫外-可见光谱分析局部表面等离子体共振（LSPR）效应，并以罗丹明6G（R6G）为探针分子评估性能。关键发现包括：（1）当AgNO₃浓度为15 wt%时，制得的AG15基底纳米间隙为11±4 nm，其SERS增强因子达6.4×10⁴，与商用基底相当；（2）拉曼强度面扫描显示信号变异系数<15%，证实了基底的均匀性；（3）超声清洗10次后，AG15仍保持60%初始性能，而商用基底仅剩20%。

机制研究表明，PVA热解产生的还原气体在Pt NPs催化下将Ag⁺还原为原子态银，玻璃基底的高表面能抑制银原子扩散，从而形成稳定的纳米间隙结构。这种物理锚定效应使Ag NPs能抵抗超声清洗的机械冲击。值得注意的是，当纳米间隙小于10 nm时（如AG10基底），粒子过度聚集反而导致电磁场耦合效率下降，说明存在最优间隙阈值。

该研究开创的低成本可复用SERS基底制备方案，不仅解决了传统技术对精密设备的依赖，其优异的清洗耐受性更突破了检测场景限制。在食品安全快速筛查、环境污染现场监测等领域具有重大应用价值，为拉曼光谱技术的普及化铺平了道路。后续研究可进一步探索基底对生物大分子的检测限，并优化激光参数以提升灵敏度。