Nature Communications:声悬浮液滴中待测分子无损浓缩及SERS检测

发布者:系统管理员发布时间:2024-05-06浏览次数:1314

痕量检测在疾病诊断、食品安全、环境污染、毒品检测等领域具有举足轻重的作用,这些应用领域需要在复杂环境中超灵敏检测特定生化分子,因而对传感器的灵敏性、特异性、多重检测能力等方面提出了苛刻的需求。表面增强拉曼光谱(SERS)具有天然的特异性检测和多重检测能力,而且当待测分子恰好位于SERS传感器件热点(存在于贵金属微纳结构间< 10 nm间隙中)位置时,甚至可以实现单分子检测。因此,SERS是极具潜力的痕量检测技术。经过几十年的研究,国内外学者开发了多种高性能SERS器件的合成技术。然而,与高性能SERS器件合成相比,如何将极微量的待测生物/化学分子从它们的极稀溶液中提取并输运到SERS热点位置同等重要,但该关键问题仍有待解决。其实,待测分子的高效富集和输运是几乎所有纳米传感器件所面临的棘手科学技术难题。




前期,浙江大学杨士宽通过将几乎排斥任何液体的润滑液浸渍表面(SLIPS)引入到SERS器件中,构建了SLIPSERS集成式纳米传感器件平台,在溶剂挥发的过程中,实现了待测分子的高效浓缩富集和超灵敏SERS检测(PNAS2016113,268-273);将聚二甲基硅氧烷单层分子刷超滑表面和金属有机框架结构引入SERS传感器件中,实现了待测分子的高效浓缩富集和尺寸选择性SERS检测(Nano Lett., 202120, 7304-7312)。

最近,杨士宽研究员团队与浙一附院阮健研究员团队合作研究发现:在溶剂挥发的过程中,在任何超滑固态表面上都不能实现待测分子的无损浓缩富集。针对上述问题,作者放弃采用超滑固态表面,将超声悬浮技术引入到SERS传感器件中,在声悬浮液滴挥发的过程中,首次实现了待测分子的无损浓缩富集万倍以上,从而实现超灵敏SERS检测(图1)。作者实现了在水和有机溶剂及水/有机溶剂混合相中染料分子的超灵敏SERS检测,检测限可达飞摩尔(10-15 mol/l)水平。

通过对体液中痕量癌症标志物的检测分析有望实现癌症的早期诊断。作者展示了采用超声悬浮-SERS检测平台进行生物小分子超灵敏检测的结果,未来结合人工智能分析技术,有望发展出基于血清SERS分析的癌症早筛传感技术,实现真正意义上的滴血验癌。

1. (a) 声悬浮液滴挥发过程中待测分子的多相、多成份浓缩富集和SERS检测;(b) 随着酒精的挥发,悬浮液滴中染料分子的浓度实现了20000倍以上浓缩。
针对固相检测,作者展示了将土壤颗粒或者植物种子直接声悬浮在空中,然后加入含有金纳米颗粒的酒精溶液,待酒精挥发后,可以直接通过SERS检测分析附着在其上的污染物或农药(图2)。另外,利用声悬浮包含金纳米颗粒的酒精液滴,实现了气相待测分子的捕获、浓缩富集及SERS检测,为气相中分子的SERS检测提供了思路。

2.(a) (b) 芝麻切片上农药残留SERS分析;(c) (d) 芝麻上TMTD分子的检测及溶液中直接检测;(e) (f) 土壤颗粒上污染物检测;(g) 污染物检测结果;(h) (i) 气态MATT检测。

此外,超声悬浮技术可以与其它几乎所有纳米传感技术相结合(如荧光等),从而大幅提升其检测灵敏性。上述成果于近日发表在Nature Communications 杂志上。博士生陈雪妍和博士后丁倩倩(现为南京理工大学理学院副教授)为论文第一作者。

原文:Lossless enrichmentof trace analytes in levitating droplets for multiphase and multiplex detection.Xueyan Chen, Qianqian Ding, Chao Bi, Jian Ruan*, Shikuan Yang*. Nat. Commun., 202213,7807.

DOI:10.1038/s41467-022-35495-9

版权所有 © 浙江大学 浙ICP备05074421号 浙公网安备33010602010295 管理登录
邮箱:composite@zju.edu.cn
杭州市西湖区余杭塘路866号合同苑
邮编:310058
电话:(0571)87953052