近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所四室研究員孟國文課題組與安徽光學精密機械研究所研究員毛慶和課題組合作，在具有表麵增強拉曼散射(SERS)活性的光纖探針研究方麵取得新進展。基於靜電吸附原理，研究團隊發展了一種普適的組裝方法，將多種具有等離激元特性的帶電金屬納米結構組裝到錐形光纖探針表麵。該結構可用作SERS光纖探針，對汙染物的遠程、便攜式在線檢測具有重要意義。相關結果發表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 17247?17254上。

　　光纖通信技術的發展，為汙染物的高通量、遠程實時SERS檢測開辟了新途徑，其核心思想是將高SERS活性納米結構耦合到光纖探針表麵，並集成到便攜式光纖拉曼光譜儀上，通過采集並檢測汙染物的SERS信號，實現汙染物便攜快速檢測。為了實現此目的，研究人員發展了塗拉法、光化學沉積或物理氣相沉積等方法，將貴金屬納米結構沉積到光纖探針上。然而，這些研究方法製備的SERS光纖探針在功能上具有一定的局限性。例如，對於塗拉法，SERS活性納米結構在光纖表麵的附著力較弱，在液體樣品中容易擴散，進而影響到檢測信號的穩定性；對於物理氣相沉積和激光誘導的光化學沉積法，由於受限於製備過程，難以精確調控納米結構的形貌和尺寸，無法優化其局域電磁場增強及表麵等離子體共振特性，不能保證SERS檢測汙染物的靈敏度。

　　針對上述問題，孟國文課題組和毛慶和課題組合作，采用靜電組裝法(如下圖)，將帶有正/負電性的貴金屬納米結構組裝到矽烷偶聯劑修飾的錐形光纖表麵，構築了一種高效的SERS光纖探針。首先，在基於液相法構築形貌可控的納米結構的過程中，使用的表麵活性劑可以使納米結構呈現出可控的表麵物理化學特性，如帶有正/負電、親/疏水性等。其次，光纖主要成分是氧化矽、表麵有大量羥基，易於與矽烷偶聯劑通過形成Si-O-Si鍵耦合；同時矽烷偶聯劑末端具有一個官能團，使光纖整體富有特定的功能性。因此，對於帶負電的納米結構(如檸檬酸根保護的金納米球)，選取帶氨基的矽烷偶聯劑修飾光纖；反之，對於帶正電的納米結構(如CTAB保護的金納米棒)，采用帶羧基的矽烷偶聯劑修飾光纖，可實現貴金屬納米結構在光纖表麵的有效組裝。比如，可將多種不同形貌及光學特性的SERS活性納米結構(金納米球、金納米棒、金@銀核殼納米棒和立方銀)可控組裝到光纖表麵。這種SERS光纖探針具有穩定性高(相對信號偏差低於3%)、麵向光纖種類多(適用於單模、多模、D型和微納光纖等)及靈敏度高等優勢，對農殘甲基對硫磷的敏感度達到10納摩爾。相關成果已申請國家發明專利並發表在ACS Appl. Mater. Interfaces雜誌上。

　　上述研究得到國家科技部“973”計劃和國家自然科學基金等項目的資助。