圍繞所承擔(dān)的科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃納米專項(xiàng)的科研任務(wù)，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所納米材料與環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室研究員劉錦淮和楊良保等發(fā)現(xiàn)表面增強(qiáng)拉曼散射熱點(diǎn)存在三維熱點(diǎn)矩陣且時(shí)間有序，而三維熱點(diǎn)矩陣可更好實(shí)現(xiàn)超靈敏檢測(cè)。該項(xiàng)研究的相關(guān)成果將會(huì)推動(dòng)表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)在環(huán)境污染物納米檢測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。相關(guān)成果以《三維且時(shí)間有序的表面增強(qiáng)拉曼散射熱點(diǎn)矩陣》為題發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上(Three-Dimensional and Time-Ordered Surface-Enhanced RamanScattering Hotspot Matrix)。

自該納米專項(xiàng)啟動(dòng)以來，合肥研究院智能所項(xiàng)目組已經(jīng)發(fā)展了多項(xiàng)去除和檢測(cè)微污染物的納米技術(shù)。而SERS技術(shù)作為一項(xiàng)潛在的超靈敏檢測(cè)手段，一直面臨著實(shí)際應(yīng)用中的各種瓶頸。傳統(tǒng)上，構(gòu)建固定的或者柔性的活性納米結(jié)構(gòu)的等離激元“熱點(diǎn)”一直是表面增強(qiáng)拉曼散射領(lǐng)域的研究前沿領(lǐng)域，但是大部分已報(bào)道的表面增強(qiáng)拉曼散射熱點(diǎn)是以零維點(diǎn)狀、一維線狀或二維面狀的空間分布構(gòu)型存在。

該實(shí)驗(yàn)室的劉洪林博士等研究人員提出并證明了“三維且時(shí)間有序SERS熱點(diǎn)矩陣”的概念。研究人員發(fā)現(xiàn)：一滴納米粒子溶膠中，溶劑不斷揮發(fā)的非平衡過程，可以使得表面增強(qiáng)拉曼散射熱點(diǎn)存在于三維空間中相鄰的每一對(duì)納米粒子之間。三維熱點(diǎn)矩陣為分子捕獲提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，即使是單個(gè)染料分子也可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的表面增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)。借助于便攜式拉曼光譜儀，三維熱點(diǎn)矩陣可以克服表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)長期面臨的局限，可以在各種基底上進(jìn)行超靈敏檢測(cè)，可以方便地檢測(cè)各種各樣不同性質(zhì)的分子，包括氨基酸、硝基苯、農(nóng)藥殘留、毒品等，進(jìn)一步推動(dòng)表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)成為一種實(shí)用的分析方法。審稿人認(rèn)為這是一個(gè)非常有趣和新穎的概念，展示了許多令人興奮(Appealing)的物理討論，在等離激元光學(xué)(Plasmonics)和表面增強(qiáng)拉曼散射領(lǐng)域具有重要的意義，是高度重要(High significance)、高創(chuàng)新性(High Novelty)和引人注目(High Broad-interest)的研究論文。

該研究工作得到了科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃納米專項(xiàng)“應(yīng)用納米技術(shù)去除飲用水中微污染物的基礎(chǔ)研究”和國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)子任務(wù)“動(dòng)態(tài)表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)”等項(xiàng)目的支持。（合肥物質(zhì)科學(xué)研究院）

三維熱點(diǎn)原理圖(a)、納米粒子相互作用力(b)及三維熱點(diǎn)個(gè)數(shù)和電磁場(chǎng)增強(qiáng)模擬(c)

原位同步輻射小角X射線散射研究溶劑揮發(fā)時(shí)納米顆粒在三維空間中的分布結(jié)構(gòu)信息