文|月明照影
编辑|月明照影
«——【·前言·】——»
本文致力研究否认金属化的纳米结构聚合物底物在病支原体测量中的适用性，纳米技术正日渐被视为在各个领域形成技术进步的新途径，潜在受惠的关键领域之一是确诊微生物学。其中感知和测量微生物病衣原体的中心问题普遍缺少快速，经济的测量方式。任何一种病支原体测量方式要想成功，必须克服三个主要障碍:敏感性，可重复性和选择性，一种提供潜在解决方案的技术是表面提高拉曼波谱。
拉曼波谱在剖析生物分子方面具有优势，由于它还能直接在水系统中进行原位剖析，并且每位特定剖析物分子的奇特分子震动产生的波谱具有固有的指纹特点，这些方式可以防止涉及试剂和扩增培养的典型的、更吃力的方式，但拉曼波谱学遭到灵敏度问题的极大困惑。
只有感兴趣的剖析物的大量样品或合理浓缩的氨水能够提供足够的讯号/噪音来形成有用的波谱，对于微生物病衣原体的快速剖析应用，就能搜集微量病支原体是有用的之后直接剖析，这是标准拉曼波谱难以应对的挑战。
在SERS模式下，每位分子的拉曼讯号可以被放大一百万倍或更多，甚至可以缩小到单个分子水平，进而才能对微量病支原体形成有用的测量讯号。SERS活性表面的主要特点是金属的存在，非常是银或金，具有纳米级规格的特点，才能维持表面等离子铌酸锂的极化与用于形成剖析物分子拉曼讯号的激光迸发的共振。
纳米级特点是通过使用纳米颗粒、粗糙表面或光刻制造的特点8-10形成的，而且可以由尖锐特点和间隙的组合组成，当这种特点规格降低到原子尺度的极限时，SPP共振明显提高，造成特别大的局部电磁场，因而造成坐落局部特点热点的分子的拉曼散射讯号的巨大放大。
«——【·高感知力的结合·】——»
SERS的活性和指纹波谱能力造成了人们对各类生物医学类型应用的兴趣，包括快速DNA测序，病支原体检查和乳品剖析。SERS拥有从表面搜集的病支原体中获得震动波谱的潜在能力，这些能力可以在没有试剂的情况下用于测量和鉴别，并进一步提供病支原体膜的物理成份，之后可以作为高度特异性的鉴别标记。
本文介绍了一类新的非光刻制备的SERS衬底，该衬底基于真空沉积的具有高度可控柱状纳米结构的聚合物薄膜20-23，并在其上进一步刻蚀真空沉积的Au或Ag薄膜，通过不同的加工条件和聚合物材料，建立可调谐的纳米形态衬底。之后通过悉心选择、控制的金属化过程对纳米结构表面进行金属化，进而优化最终结构，进而实现EFs、可重复性和剖析物选择性的有效组合。
在我们的第一次试验中，简单的制备条件形成了SERS活性特点，与剖析应用中常用的其他标准类型的SERS表面相比，在获得可重复的波谱数据方面取得了明显改善。对于银镀层的柱状纳米结构聚合物衬底，我们才能在1平方毫米的面积上获得-5%的讯号变化，剖析点规格为-1平方毫米，样品与样品之间具有相像的高重复性，同时提供高度稳定的表面，具有维持生物物种整体结构的能力。
在玻璃载玻片上使用类似的纳米结构银薄膜，与金属化聚合物薄膜相比，点对点和样品对样品具有很高的不可重复性，银/玻璃岛膜作为捕获表面表现出较差的稳定性，而金属化聚合物衬底则十分稳定。
«——【·材料与方式·】——»
SERS底物制备
在聚合物沉积之前，用乙酸和异丁烷清洗熔体石英显微镜载玻片或高度抛光的硅衬底，在个别情况下，为了保证高清洁度，在溶剂冲洗之前使用胺基硝酸或含30%H2O2的浓氨氨水。将刚清洗过的基板安装在聚合物沉积室中，并相对于步入的蒸气固定在所需的倾斜方向上，在真空室的沉积池中放置副环玻璃片，并固定在衬底上，使其沉积面积为1cm2。
抽真空后，前驱体经690℃热解转化为单体反应二氧化碳，在达到所需的真空水平后10分钟完成沉积过程。从聚合物沉积室中取出样品后，将样品安装在高温泵中电子束沉积室配有石英晶体微天平，用于检测沉积膜长度，金属是银还是金在1℃的基压下，在薄膜上沉积了一层，除去样品后，在使用前将样品储存在密闭容器中不超过1小时。
采用与PPX-Cl基板相同的沉积条件，将银真空沉积在干净的玻璃载玻片上，制备了标准银纳米粒子岛的SERS基板，制备了不同长度的薄膜，并用SERS和UV-vis透射波谱对其进行了表征。
样本特点
借助场发射扫描电子显微镜在3kV加速电流下对金属化Ag的形貌进行了表征，纳米结构PPX薄膜借助雷尼肖微拉曼仪器获得拉曼波谱，该仪器配备了冷却硅电荷耦合元件侦测器，0.75数值孔径目镜。
本文报导的波谱是用35mw-632.8nm-e激光器获得的，激励源通过一个电动的、软件控制的显微镜台联通样品相对于迸发点的位置。电动显微镜台容许产生表面的SERS图，仪器参数为50目标和每波谱10秒的采集时间，使用钨基透射电子显微镜获得电子显微镜图象，运行电流为120千伏，借助Cary-100紫外-可见波谱获得了金属化纳米结构PPX薄膜的吸光度数据。
采用氘光源进行紫外/可见波谱检测，检测范围为200~800nm，波谱带宽设为1nm。
«——【·结果讨论·】——»
表面形貌、光学表征和SERS提高因子
PPX-Cl薄膜结构由密集排列的纤维组成，该结构生产再现性高，可通过选择不同的加工条件进行变化，以沉积在PPX-Cl衬底上的60nm银膜为例，由Ag的平均粒径为-38nm，标准差为-8nm，是典型的中等规格分布间距的金属纳米颗粒，这种特点的总体位置与简单的理论和初期关于银纳米粒子的工作挺好地吻合。
等离子体波谱的宽尾可能是这种薄膜的一个重要方面，反映了嵌入在聚合物柱状纳米结构中的金属纳米颗粒的关键形态分布。为了获得一致的样品-样品硬度参考，使用干净晶圆的521cm−1声子峰为波谱归一化提供了基础，对于拉曼C−F硬度参考，使用纯FBT波谱中的拉曼峰，表面上分子的实际数目取决于金属膜的实际面积。用石英晶体微天平技术检测的恐怕表明，实际表面积比几何表面积大10-100倍，在任何情况下，我们表面的提高都足以容许高质量的波谱进行定量检测。
病衣原体的SERS检测
这种波谱表明，生物有机体被捕获为一个完整的物种，没有显著的降解，这是基于标准经验峰相关性的震动特点的合理分配所表明的，在大肠链球菌和蜡样芽孢球菌波谱中可以观察到典型的蛋白质、磷脂和寡糖的拉曼谱带和文献吻合得挺好，波谱波段很可能来自鸟固醇和酪谷氨酸。对于大肠杆菌，丙酯变型谱带是蛋白质骨架的特点，对于柯萨奇病毒，SERS波段被分配给鸟固醇和酪谷氨酸。
在所有情况下，峰值都符合生物体的预期特点光谱表征，为了找到生物在SERS表面上的附着点的准确细节和坐落生物不同区域的各类成份组的外型之间的更深层次的相关性，须要进一步的工作。
SERS结果对指纹波谱重现性的影响
单大肠球菌和RSV病原菌颗粒的SERS波谱具有可重复性纳米结构的银衬底。按照样品的光学显微镜图象，大肠弧菌的数据是通过首先确定真菌颗粒的位置来搜集的，通过光学显微镜在衬底上成像，距离很远1米真菌粒子。RSV数据是使用手动表面扫描搜集的，以统计地在图象场中找到一个颗粒，由于病衣原体的规格太小，难以轻易辨识它们的位置，取样距离的变化很大。
数据显示，20个样品的大肠球菌波谱在表面上具有高度可重复性，相对误差为15%，RSV波谱同样具有可重复性，通过对制备和生物捕获的悉心控制，还可以在底物之间保持高重现性。
为了检测Ag/PPX-Cl薄膜相对于标准Ag岛膜在玻璃上的重现性，用相同的液相沉积方式在干净的玻璃载玻片上制备Ag膜样品，并使用与Ag/PPX-Cl衬底相同的程序在衬底上搜集大肠链球菌。经过多次试验，我们清楚地发觉，尽管获得了优秀的EFs，但Ag岛在搜集过程中十分不稳定，难以预测。这造成真菌颗粒在表面上的SERS波谱不可复制，一般在讯号硬度上有超过数目级的变化，但是在相对指纹峰硬度上有明显的变化。
我们早已在相同的控制条件下进行了初步实验，使用Au金属化PPX-Cl衬底，并发觉SERS波谱具有类似的高重现性，在Au薄膜的情况下，电场可以比Ag薄膜低几倍到一个数目级，但Au薄膜十分稳定，并显示出清洁和重复使用的能力。
«——【·研究推论·】——»
本研究结果表明，银金属化PPX-Cl底物，在聚合物底物的纳米结构柱状特点中嵌入可控的金属膜形态，可以为测试生物提供高度敏感的病支原体检查。大肠球菌、脊灰病毒、柯萨奇病毒和呼吸道合胞病毒等样品与样品之间的高重复性，颗粒之间的差别为15%，同时提供一个表面的能力维持生物物种的整体结构。
这种新型基板的优点是不涉及模板或光刻，因而提供了一种简单，廉价，快速的生产方式，以实现高灵敏度和空间均匀的SERS基板，从SERS获得的震动谱显示了病支原体膜上物理成份的指纹信息。
在波谱中可以观察到蛋白质、磷脂和寡糖的典型拉曼带，尽管数据显示局部等离子铌酸锂迸发提供了与整体生物体相关的高SERS讯号硬度，但将生物体与活性SERS热点结合的具体互相作用以及SERS迸发容积内呈现的物理成份的准确细节依然不确定，须要进一步的工作来提供生物-底物界面的那些重要细节，包括其他波谱以及使用高度控制的，SERS底物的中间分子功能化来形成新的生物-金属界面。
在研究实验室和不同的工业环境中，对高性能SERS基板有大量的需求，现有的查明病衣原体的确诊程序既高昂又历时，并且可能难以在医疗服务不足的人群中使用。低成本和高灵敏度的SERS基底将标志着确诊方式的重要进步，通过快速确切地辨识病支原体，有效医治感染的能力将得到增强。
SERS等快速确诊方式将极大地改善对新出现的病毒感染的检测，使用“指纹”识别药剂是一种使能技术，借以处理药剂混和物光谱表征，并在常见干扰存在的情况下操作。研究中的当前数据表明，在给定的生物剂型指纹中有许多波谱特点，但是通过仔细的波谱剖析，原则上可以在混和物中分辨各类各样的剖析物。可以在几秒钟内进行快速数据剖析，以确定生物剂型的具体种类，并显示这些或那些剂型的详尽恐吓，在可靠、廉价的确诊方面的创新，如新型SERS底物，可以为有巨大需求的人群带来技术进步。
«——【·参考文献·】——»
莫斯科维茨，《纳米结构随机介质的光学性质》，，柏林工程学报，2002。
波克兰，《固体/二氧化碳界面表面提高拉曼震动的研究》，施普林格，1984。
多明戈，《启生物医学》。工程学报，2009。
德米雷尔，《胶体材料研究》。拉曼波谱学报，2004。