微流控芯片SERS襯底：制備工藝與生物檢測應(yīng)用的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今生物檢測領(lǐng)域，隨著生命科學(xué)研究的深入以及臨床診斷、疾病預(yù)防等實(shí)際需求的不斷增長，對生物檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性、靈敏度、快速性以及微型化、集成化等方面提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的生物檢測方法，如酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）等，雖然在一定程度上滿足了部分檢測需求，但也存在著諸如檢測時間長、操作復(fù)雜、靈敏度有限等不足之處。因此，開發(fā)新型高效的生物檢測技術(shù)成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和迫切需求。微流控芯片技術(shù)，又稱芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-chip），是一種在微米尺度空間中對流體進(jìn)行精確操控的前沿技術(shù)。它能夠?qū)⒒瘜W(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室的基本功能高度集成在一個僅有幾平方厘米大小的芯片之上，以微管道網(wǎng)絡(luò)作為獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，將生命科學(xué)作為主要的應(yīng)用對象。微流控芯片具有樣品和試劑用量極少、分析速度極快、易于實(shí)現(xiàn)自動化和集成化等諸多顯著優(yōu)點(diǎn)，這使得它在分析化學(xué)、生命科學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)器件等眾多領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，已然成為當(dāng)前生命科學(xué)、化學(xué)、微機(jī)械和微電子學(xué)領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）技術(shù)是一種極具創(chuàng)新性的光譜檢測技術(shù)。當(dāng)分子吸附在一些特殊的金屬（主要是貴金屬，如金、銀等）或半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)表面時，其拉曼散射信號能夠被增強(qiáng)多個數(shù)量級，這種神奇的現(xiàn)象賦予了SERS技術(shù)快速、簡單、靈敏度高、具備指紋識別特性以及可重復(fù)性好等突出優(yōu)勢。在化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)以及環(huán)境等領(lǐng)域，SERS技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，例如對催化及化學(xué)反應(yīng)過程的深入研究、低濃度物質(zhì)的精準(zhǔn)檢測及分析，以及氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸或其它生物色素的準(zhǔn)確測定等。將微流控芯片技術(shù)與SERS技術(shù)有機(jī)結(jié)合，制備出微流控芯片SERS襯底，為生物檢測領(lǐng)域帶來了全新的解決方案。這種結(jié)合不僅充分發(fā)揮了微流控芯片在樣品處理和操控方面的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的快速進(jìn)樣、混合、反應(yīng)等過程，極大地提高了檢測效率，而且利用了SERS技術(shù)超高的檢測靈敏度，能夠?qū)哿可锓肿舆M(jìn)行精準(zhǔn)檢測，突破了傳統(tǒng)檢測技術(shù)在靈敏度方面的限制。同時，微流控芯片的微型化和集成化特點(diǎn)，使得整個檢測系統(tǒng)更加便攜、易于操作，為現(xiàn)場快速檢測和即時診斷提供了可能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在臨床診斷中，對于疾病相關(guān)生物標(biāo)志物的早期、準(zhǔn)確檢測至關(guān)重要。微流控芯片SERS襯底能夠?qū)崿F(xiàn)對極低濃度生物標(biāo)志物的快速檢測，有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和診斷，為患者的治療爭取寶貴的時間。在生物醫(yī)學(xué)研究中，它可以用于對生物分子間相互作用的實(shí)時監(jiān)測和分析，為深入理解生命過程的分子機(jī)制提供有力的技術(shù)支持。在食品安全檢測和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，該技術(shù)也能夠快速、準(zhǔn)確地檢測出有害生物分子和污染物，保障人們的健康和生態(tài)環(huán)境的安全。綜上所述，微流控芯片SERS襯底的研究對于推動生物檢測技術(shù)的發(fā)展具有不可忽視的重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的研究意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀微流控芯片SERS襯底的研究是一個跨學(xué)科的前沿領(lǐng)域，近年來在國內(nèi)外都受到了廣泛的關(guān)注，取得了一系列令人矚目的研究成果，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。在國外，許多科研團(tuán)隊(duì)致力于微流控芯片SERS襯底制備方法的創(chuàng)新研究。例如，美國的一些研究小組采用光刻技術(shù)結(jié)合金屬沉積工藝，成功制備出具有高度有序納米結(jié)構(gòu)的微流控芯片SERS襯底。這種方法能夠精確控制納米結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀，從而有效提高SERS的增強(qiáng)效果。他們通過優(yōu)化光刻工藝參數(shù)，制備出的納米結(jié)構(gòu)尺寸精度可達(dá)納米級，使得SERS信號增強(qiáng)因子顯著提高，能夠?qū)崿F(xiàn)對極微量生物分子的檢測。同時，歐洲的科研人員則專注于利用模板法制備SERS襯底，通過在微流控芯片中引入納米模板，如多孔氧化鋁模板等，在模板的孔隙中沉積金屬納米顆粒，形成具有特殊結(jié)構(gòu)的SERS襯底。這種方法制備的襯底具有較高的比表面積和豐富的納米間隙，能夠提供更多的SERS熱點(diǎn)，增強(qiáng)檢測靈敏度。在生物檢測應(yīng)用方面，國外研究人員將微流控芯片SERS襯底廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)診斷、食品安全檢測和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。在生物醫(yī)學(xué)診斷中，利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對癌癥標(biāo)志物、病原體等的快速、靈敏檢測，為疾病的早期診斷和治療提供了有力支持。如對乳腺癌相關(guān)標(biāo)志物的檢測，能夠在早期發(fā)現(xiàn)癌癥的潛在風(fēng)險，為患者爭取更多的治療時間。在食品安全檢測中，可快速檢測食品中的有害物質(zhì)，如農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等，保障食品安全。在環(huán)境監(jiān)測方面，能對水體中的重金屬離子、有機(jī)污染物等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問題。國內(nèi)在微流控芯片SERS襯底領(lǐng)域也取得了豐碩的研究成果。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)積極開展相關(guān)研究，在制備技術(shù)和應(yīng)用探索方面都取得了重要進(jìn)展。在制備技術(shù)上，我國科研人員提出了多種創(chuàng)新方法。例如，利用化學(xué)刻蝕與自組裝相結(jié)合的方法，在微流控芯片表面構(gòu)建出具有特殊形貌的金屬納米結(jié)構(gòu)，形成高效的SERS襯底。這種方法不僅操作相對簡單，而且成本較低，適合大規(guī)模制備。通過精確控制化學(xué)刻蝕的條件和自組裝的過程，能夠制備出具有均勻納米結(jié)構(gòu)的襯底，提高SERS信號的穩(wěn)定性和重復(fù)性。在生物檢測應(yīng)用方面，國內(nèi)研究人員將微流控芯片SERS襯底應(yīng)用于多種生物分子的檢測，包括蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞等。在疾病診斷領(lǐng)域，針對傳染病、遺傳病等疾病的生物標(biāo)志物進(jìn)行檢測，為疾病的診斷和治療提供了新的技術(shù)手段。如對乙肝病毒標(biāo)志物的檢測，能夠準(zhǔn)確判斷患者的感染情況和病情發(fā)展。在生物醫(yī)學(xué)研究中，利用該技術(shù)研究生物分子間的相互作用，深入探索生命過程的分子機(jī)制。綜合來看，目前微流控芯片SERS襯底的研究呈現(xiàn)出以下幾個趨勢：一是制備技術(shù)不斷向更加精準(zhǔn)、高效、低成本的方向發(fā)展，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用的需求；二是在生物檢測應(yīng)用方面，逐漸從單一生物分子檢測向多生物分子同時檢測發(fā)展，提高檢測效率和準(zhǔn)確性；三是與其他技術(shù)的融合不斷加深，如與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)等相結(jié)合，開發(fā)出功能更加集成化、智能化的檢測系統(tǒng)；四是更加注重實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性、可靠性和重復(fù)性，以推動該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究走向臨床診斷、食品安全檢測、環(huán)境監(jiān)測等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。1.3研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)本論文圍繞微流控芯片SERS襯底展開，深入研究其制備方法以及在生物檢測領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在開發(fā)出高性能、低成本且易于操作的微流控芯片SERS襯底，為生物檢測技術(shù)的發(fā)展提供新的思路和方法。在制備方法方面，探索多種創(chuàng)新制備技術(shù)。嘗試將納米壓印技術(shù)與金屬濺射工藝相結(jié)合，利用納米壓印技術(shù)能夠精確復(fù)制納米結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在微流控芯片表面制備出具有高度有序納米圖案的模板，然后通過金屬濺射在模板上沉積金屬層，形成SERS襯底。研究不同的納米壓印模具材料和工藝參數(shù)對納米結(jié)構(gòu)復(fù)制精度的影響，以及金屬濺射過程中濺射功率、時間等因素對SERS襯底性能的影響。同時，開展基于電化學(xué)沉積法制備SERS襯底的研究，通過控制電化學(xué)沉積的電位、時間和電解液成分，在微流控芯片的電極表面生長出具有特殊形貌和尺寸的金屬納米結(jié)構(gòu)，如納米顆粒、納米線等，以獲得高效的SERS活性襯底。分析不同金屬材料（如金、銀、銅等）在電化學(xué)沉積過程中的生長行為和SERS增強(qiáng)效果，優(yōu)化制備工藝，提高SERS襯底的靈敏度和穩(wěn)定性。針對生物檢測應(yīng)用，選擇多種具有代表性的生物分子作為檢測對象，全面研究微流控芯片SERS襯底的檢測性能。將其應(yīng)用于蛋白質(zhì)檢測，以癌胚抗原（CEA）等腫瘤標(biāo)志物蛋白質(zhì)為例，利用抗原-抗體特異性結(jié)合的原理，在SERS襯底表面修飾相應(yīng)的抗體，實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的特異性識別和檢測。通過優(yōu)化抗體的固定化方法和檢測條件，提高檢測的靈敏度和選擇性，研究不同濃度蛋白質(zhì)在SERS襯底上的拉曼信號變化規(guī)律，建立蛋白質(zhì)濃度與SERS信號強(qiáng)度之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的定量檢測。此外，還將其應(yīng)用于核酸檢測，以乙肝病毒DNA等特定核酸序列為檢測目標(biāo)，采用核酸雜交技術(shù)，在SERS襯底表面修飾與目標(biāo)核酸互補(bǔ)的探針序列，當(dāng)樣品中存在目標(biāo)核酸時，會與探針發(fā)生雜交反應(yīng)，通過檢測雜交后的SERS信號實(shí)現(xiàn)對核酸的檢測。探索不同的核酸雜交條件和信號放大策略，提高對核酸的檢測靈敏度和準(zhǔn)確性，研究微流控芯片SERS襯底在復(fù)雜生物樣品（如血清、細(xì)胞裂解液等）中對核酸的檢測能力，評估其實(shí)際應(yīng)用價值。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是在制備技術(shù)上，提出了納米壓印與金屬濺射相結(jié)合以及電化學(xué)沉積法制備SERS襯底的新方法，相較于傳統(tǒng)制備方法，這些新方法具有更高的制備精度和可控性，能夠?qū)崿F(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計和調(diào)控，有望提高SERS襯底的性能和一致性，且電化學(xué)沉積法還具有設(shè)備簡單、成本低的優(yōu)勢，為大規(guī)模制備SERS襯底提供了新的途徑；二是在生物檢測應(yīng)用方面，針對多種生物分子建立了系統(tǒng)的檢測方法，不僅實(shí)現(xiàn)了對蛋白質(zhì)和核酸的高靈敏度檢測，還深入研究了在復(fù)雜生物樣品中的檢測性能，拓展了微流控芯片SERS襯底的應(yīng)用范圍，為實(shí)際生物檢測提供了更全面、有效的解決方案；三是首次將微流控芯片SERS襯底應(yīng)用于多生物分子同時檢測的研究，通過在同一芯片上設(shè)計多個檢測區(qū)域，并結(jié)合不同的生物識別探針，實(shí)現(xiàn)了對多種生物分子的同步檢測，提高了檢測效率，為生物檢測技術(shù)的發(fā)展開辟了新的方向。二、微流控芯片SERS襯底原理2.1SERS基本原理2.1.1局域表面等離子共振表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）技術(shù)的核心原理之一是局域表面等離子共振（LocalizedSurfacePlasmonResonance，LSPR）。當(dāng)外界光照射到金屬納米結(jié)構(gòu)時，若入射光的頻率與金屬納米結(jié)構(gòu)中傳導(dǎo)電子的集體振蕩頻率相匹配，就會引發(fā)局域表面等離子共振現(xiàn)象。在金屬材料中，存在著大量的自由電子，這些自由電子在金屬晶格中自由移動。當(dāng)受到外界光激發(fā)時，這些自由電子會發(fā)生集體振蕩，形成表面等離子體。以金、銀等貴金屬納米顆粒為例，當(dāng)光照射到這些納米顆粒表面時，由于納米顆粒的尺寸與光的波長在同一數(shù)量級，且金屬內(nèi)部存在自由電子，光與金屬納米顆粒相互作用，使得納米顆粒表面的自由電子發(fā)生集體振蕩，產(chǎn)生局域表面等離子共振。這種共振現(xiàn)象會導(dǎo)致金屬納米結(jié)構(gòu)表面的局域電場得到極大的增強(qiáng)。從物理本質(zhì)上看，局域表面等離子共振是光與金屬納米結(jié)構(gòu)中自由電子相互作用的結(jié)果，其共振頻率與金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀、材料以及周圍介質(zhì)的折射率等因素密切相關(guān)。當(dāng)納米顆粒的尺寸減小，其表面原子的比例增加，表面效應(yīng)增強(qiáng)，會導(dǎo)致局域表面等離子共振頻率發(fā)生藍(lán)移；而當(dāng)周圍介質(zhì)的折射率增大時，局域表面等離子共振頻率則會發(fā)生紅移。這種增強(qiáng)的局域電場對拉曼散射光的放大起著關(guān)鍵作用。當(dāng)分子吸附在金屬納米結(jié)構(gòu)表面時，分子所處的局域電場得到增強(qiáng)，分子與光的相互作用被放大。根據(jù)經(jīng)典電磁理論，分子在電場中的極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度成正比，極化強(qiáng)度的變化會導(dǎo)致分子的拉曼散射光強(qiáng)度增強(qiáng)。在局域表面等離子共振的作用下，金屬納米結(jié)構(gòu)表面的局域電場強(qiáng)度可以比入射光場強(qiáng)度增強(qiáng)幾個數(shù)量級，從而使得吸附在其表面的分子的拉曼散射信號得到顯著增強(qiáng)。例如，在對某些生物分子的檢測中，由于生物分子本身的拉曼散射信號非常微弱，難以直接檢測。但當(dāng)這些生物分子吸附在具有局域表面等離子共振效應(yīng)的金屬納米結(jié)構(gòu)表面時，其拉曼散射信號能夠被增強(qiáng)到可檢測的水平，為生物分子的檢測提供了可能。2.1.2拉曼信號增強(qiáng)機(jī)制在SERS效應(yīng)中，拉曼信號的增強(qiáng)主要源于物理增強(qiáng)機(jī)制和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制，其中物理增強(qiáng)機(jī)制起主導(dǎo)作用。物理增強(qiáng)機(jī)制主要基于局域表面等離子共振引起的電磁場增強(qiáng)。當(dāng)金屬納米結(jié)構(gòu)發(fā)生局域表面等離子共振時，其表面會產(chǎn)生強(qiáng)烈的局域電磁場，吸附在表面的分子所感受到的電場強(qiáng)度大幅增加。根據(jù)拉曼散射的經(jīng)典理論，拉曼散射光強(qiáng)度I_{RS}與分子所處電場強(qiáng)度E的平方成正比，即I_{RS}\proptoE^{2}。在SERS體系中，由于局域表面等離子共振導(dǎo)致的電場增強(qiáng)因子為G_{E}，則SERS信號強(qiáng)度I_{SERS}與普通拉曼信號強(qiáng)度I_{RS}的關(guān)系可以表示為：I_{SERS}=G_{E}^{4}I_{RS}。這表明，在物理增強(qiáng)機(jī)制下，SERS信號強(qiáng)度與電場增強(qiáng)因子的四次方成正比，電場增強(qiáng)因子越大，SERS信號增強(qiáng)效果越顯著。例如，當(dāng)金屬納米顆粒之間形成納米間隙時，在局域表面等離子共振的作用下，納米間隙處的電場會發(fā)生“熱點(diǎn)”效應(yīng)，電場強(qiáng)度急劇增強(qiáng)。有研究表明，在一些精心制備的金納米顆粒二聚體結(jié)構(gòu)中，納米間隙處的電場增強(qiáng)因子可達(dá)10^{4}以上，此時吸附在納米間隙處的分子的SERS信號強(qiáng)度相較于普通拉曼信號強(qiáng)度可增強(qiáng)10^{16}倍以上?；瘜W(xué)增強(qiáng)機(jī)制則主要源于分子與金屬表面之間的化學(xué)相互作用。當(dāng)分子吸附在金屬表面時，分子與金屬之間會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，形成化學(xué)鍵或表面絡(luò)合物，導(dǎo)致分子的電子云分布發(fā)生變化，分子的極化率改變，從而增強(qiáng)拉曼散射信號?；瘜W(xué)增強(qiáng)機(jī)制對拉曼信號的增強(qiáng)倍數(shù)通常在10-10^{2}之間。以吡啶分子吸附在銀表面為例，吡啶分子通過氮原子與銀表面發(fā)生化學(xué)吸附，形成表面絡(luò)合物，使得吡啶分子的電子云分布發(fā)生變化，其拉曼信號得到增強(qiáng)。這種化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制不僅能增強(qiáng)拉曼信號強(qiáng)度，還可能改變拉曼光譜的峰位和峰形，提供分子與金屬表面相互作用的信息。在實(shí)際的SERS體系中，物理增強(qiáng)機(jī)制和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制往往同時存在，共同作用于拉曼信號的增強(qiáng)。不同的金屬納米結(jié)構(gòu)、分子種類以及實(shí)驗(yàn)條件會導(dǎo)致兩種增強(qiáng)機(jī)制的相對貢獻(xiàn)不同。在一些體系中，物理增強(qiáng)機(jī)制的貢獻(xiàn)可能占主導(dǎo)地位，而在另一些體系中，化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制也可能對SERS信號的增強(qiáng)起到重要作用。深入理解這兩種增強(qiáng)機(jī)制，對于優(yōu)化SERS襯底的設(shè)計和提高SERS檢測的靈敏度具有重要意義。二、微流控芯片SERS襯底原理2.2微流控芯片與SERS技術(shù)結(jié)合優(yōu)勢2.2.1樣品操控與分析優(yōu)勢微流控芯片能夠精確操控微量液體，其微通道尺寸通常在微米級，這使得在納升級甚至皮升級的液體體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的操作成為可能。在微流控芯片中，通過微泵、微閥門等微流控元件的協(xié)同作用，可以對液體的流速、流量進(jìn)行精確控制，從而實(shí)現(xiàn)樣品的快速進(jìn)樣、混合和反應(yīng)。例如，在核酸檢測實(shí)驗(yàn)中，利用微流控芯片可以將核酸提取試劑、擴(kuò)增試劑以及待測樣品精確地混合在一起，并且能夠在短時間內(nèi)完成核酸的提取、擴(kuò)增等一系列操作，大大縮短了檢測時間。這種精確的操控能力還使得微流控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)多組分同時分析。在芯片上可以設(shè)計多個獨(dú)立的微通道和反應(yīng)區(qū)域，每個區(qū)域可以分別對不同的生物分子進(jìn)行檢測。以蛋白質(zhì)組學(xué)研究為例，通過在微流控芯片上構(gòu)建多個檢測單元，可以同時對多種蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測和分析，獲取大量的蛋白質(zhì)信息。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，微流控芯片的多組分同時分析能力極大地提高了檢測效率，減少了樣品和試劑的用量，為高通量生物檢測提供了有力的技術(shù)支持。同時，微流控芯片的集成化特點(diǎn)使得整個檢測系統(tǒng)更加緊湊，便于攜帶和操作，適用于現(xiàn)場快速檢測等實(shí)際應(yīng)用場景。在食品安全現(xiàn)場檢測中，操作人員可以攜帶小型化的微流控芯片檢測設(shè)備，對食品中的多種有害物質(zhì)進(jìn)行快速篩查，及時發(fā)現(xiàn)食品安全問題。2.2.2增強(qiáng)SERS檢測性能微流控芯片為SERS檢測提供了穩(wěn)定的環(huán)境，有效增加了檢測的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。在傳統(tǒng)的SERS檢測中，樣品與SERS襯底的接觸方式往往不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致檢測結(jié)果的重復(fù)性較差。而在微流控芯片中，樣品可以在微通道中穩(wěn)定地流動，與SERS襯底充分接觸，減少了樣品分布不均勻等因素對檢測結(jié)果的影響。通過在微流控芯片中設(shè)計特殊的結(jié)構(gòu)，如微混合器、微反應(yīng)器等，可以促進(jìn)樣品與SERS襯底之間的相互作用，提高SERS信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在對生物小分子的檢測中，利用微流控芯片中的微混合器可以使生物小分子與SERS襯底上的金屬納米顆粒充分混合，增加分子與納米顆粒的吸附概率，從而提高SERS信號的強(qiáng)度。微流控芯片還能夠?qū)崿F(xiàn)對檢測條件的精確控制，進(jìn)一步優(yōu)化SERS檢測性能。通過控制微流控芯片中的溫度、pH值等參數(shù)，可以為SERS檢測提供最適宜的環(huán)境，提高檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性。在研究生物分子與金屬納米結(jié)構(gòu)之間的相互作用時，通過調(diào)節(jié)微流控芯片中的溫度，可以研究溫度對SERS信號的影響，深入了解SERS增強(qiáng)機(jī)制。同時，微流控芯片的自動化操作功能使得檢測過程更加標(biāo)準(zhǔn)化，減少了人為因素的干擾，提高了檢測結(jié)果的重現(xiàn)性。在多次重復(fù)檢測相同樣品時，微流控芯片能夠保證每次檢測的條件一致，從而獲得穩(wěn)定且可靠的檢測結(jié)果。三、微流控芯片SERS襯底制備方法3.1模板法3.1.1AAO模板制備透明SERS襯底以陽極氧化鋁（AAO）模板為基礎(chǔ)制備透明SERS襯底是一種較為常用的方法，其制備過程主要包括AAO模板的制備以及后續(xù)的金屬沉積步驟。首先是AAO模板的制備。選用高純鋁片作為起始材料，將其進(jìn)行預(yù)處理，以去除表面的雜質(zhì)和油污，保證后續(xù)氧化過程的順利進(jìn)行。預(yù)處理通常采用有機(jī)溶劑清洗和去離子水沖洗的方法，如先用丙酮超聲清洗，再用無水乙醇清洗，最后用去離子水沖洗干凈，并在干燥箱中烘干。隨后進(jìn)行陽極氧化處理，這是制備AAO模板的關(guān)鍵步驟。將預(yù)處理后的高純鋁片置于電解液中，一般選用0.2-0.4mol/L的草酸溶液，在30-50V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，氧化時間為5-7h。在陽極氧化過程中，鋁片表面會形成一層氧化鋁膜，其內(nèi)部逐漸形成納米級的孔洞結(jié)構(gòu)。一次陽極氧化后，表面的氧化鋁膜可能存在不規(guī)則的孔洞，需要進(jìn)行去除處理。將一次陽極氧化后的樣品浸泡在50-70°C的6wt%磷酸和1.8wt%鉻酸的混合溶液中8-10h，以除去表面不規(guī)則孔的氧化鋁膜。接著進(jìn)行二次陽極氧化，將去除氧化鋁膜后的樣品再次放入0.2-0.4mol/L的草酸溶液中，在30-50V直流電壓下陽極氧化30-50s，然后在30-50°C下5%的磷酸溶液中擴(kuò)孔1-3min。通過多次重復(fù)氧化和擴(kuò)孔過程，可以精確控制AAO模板中納米孔洞的尺寸和規(guī)則性。最后，將得到的表面帶有尖端納米結(jié)構(gòu)的AAO模板在原有的氧化條件下繼續(xù)陽極氧化8-12h，然后選用飽和四氯化錫、氯化汞、氯化銅溶液中任一種去除模板背部的鋁片，從而得到透明AAO模板。在獲得透明AAO模板后，進(jìn)行金屬沉積以形成具有SERS活性的襯底。通常采用濺射或熱蒸發(fā)的方法在AAO模板表面沉積金屬，如Ag或Au。在濺射過程中，濺射距離控制在1-3cm，濺射電流設(shè)置為10-30mA，濺射時間為5-30min。在該過程中，金屬顆粒會聚集在暴露出的AAO模板的錐形孔的孔壁上端面，形成納米柱陣列，同時AAO模板的錐形孔的內(nèi)壁也會獲得納米顆粒。有研究表明，當(dāng)濺射時間為14min時，制備的透明SERS襯底具有較好的SERS性能。熱蒸發(fā)法中，需要將樣品放入高真空環(huán)境中，通過加熱使金屬蒸發(fā)并沉積在AAO模板表面，具體的蒸發(fā)溫度和時間根據(jù)金屬種類和所需沉積厚度進(jìn)行調(diào)整。3.1.2模板法優(yōu)勢與局限性模板法制備SERS襯底具有諸多優(yōu)勢。從結(jié)構(gòu)規(guī)整性方面來看，以AAO模板為例，其具有高度有序的納米孔洞結(jié)構(gòu)，孔洞大小均勻且排列規(guī)則。這種規(guī)整的結(jié)構(gòu)使得在模板上沉積金屬后形成的SERS襯底具有均勻的納米結(jié)構(gòu)分布，能夠提供大量均勻分布的SERS熱點(diǎn)。與其他一些制備方法（如納米顆粒自組裝法，其納米顆粒的分布具有一定隨機(jī)性）相比，模板法制備的SERS襯底在結(jié)構(gòu)上更加規(guī)整，這有助于提高SERS信號的均勻性和穩(wěn)定性。在對羅丹明6G分子的檢測中，利用AAO模板制備的SERS襯底能夠獲得更加均勻的拉曼信號，減少信號的波動，提高檢測的準(zhǔn)確性。在信號穩(wěn)定性方面，模板法制備的SERS襯底表現(xiàn)出色。由于其結(jié)構(gòu)的規(guī)整性和穩(wěn)定性，在多次檢測過程中，SERS襯底能夠保持相對穩(wěn)定的性能。與一些膠體溶液法制備的SERS襯底相比，模板法制備的襯底不易受到外界環(huán)境因素（如溫度、濕度等）的影響，能夠在不同的實(shí)驗(yàn)條件下保持較好的信號穩(wěn)定性。在長時間的檢測實(shí)驗(yàn)中，基于模板法制備的SERS襯底對同一樣品的檢測信號波動較小，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。然而，模板法也存在一定的局限性。制備過程復(fù)雜是其主要缺點(diǎn)之一。以AAO模板制備透明SERS襯底為例，需要經(jīng)過多步陽極氧化、擴(kuò)孔以及金屬沉積等過程，每一步都需要精確控制實(shí)驗(yàn)條件，如電解液濃度、電壓、時間等參數(shù)。任何一個環(huán)節(jié)的參數(shù)偏差都可能影響最終SERS襯底的性能。而且制備過程中涉及到的化學(xué)試劑較多，如草酸、磷酸、鉻酸等，這些試劑的使用不僅增加了實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性，還可能對環(huán)境造成一定的污染。模板法的制備成本相對較高。制備AAO模板需要使用高純鋁片等原材料，并且在制備過程中需要高精度的設(shè)備，如直流電源、真空濺射設(shè)備等。這些設(shè)備的購置和維護(hù)成本較高，使得模板法制備SERS襯底的成本增加。同時，由于制備過程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)失敗的概率相對較高，進(jìn)一步增加了制備成本。這在一定程度上限制了模板法在大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用中的推廣。3.2光刻法3.2.1正性光刻膠與負(fù)性光刻膠結(jié)合工藝在制備微流控芯片SERS襯底時，正性光刻膠與負(fù)性光刻膠結(jié)合工藝是一種較為獨(dú)特且有效的方法，其能夠制備出具有特殊三維懸空結(jié)構(gòu)的SERS襯底，顯著提升SERS檢測性能。首先是SERS襯底基板的準(zhǔn)備。選取剛性硬質(zhì)襯底，如硅片、玻璃片等，這些襯底具有良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠?yàn)楹罄m(xù)的光刻工藝提供穩(wěn)定的支撐。在剛性硬質(zhì)襯底上旋涂正性光刻膠，旋涂過程中需精確控制旋涂速度和時間，以確保正性光刻膠均勻地覆蓋在襯底表面，形成厚度均勻的正性光刻膠層。一般來說，旋涂速度可控制在3000-5000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間為30-60秒，形成的正性光刻膠層厚度在0.5-2μm之間。旋涂完成后，將襯底放入烘箱中烘干，烘干溫度通常設(shè)定在90-110°C，時間為5-10分鐘，以去除光刻膠中的溶劑，增強(qiáng)光刻膠與襯底之間的粘附力。接著，在正性光刻膠層上旋涂負(fù)性光刻膠，同樣要控制好旋涂條件，使負(fù)性光刻膠均勻覆蓋，形成負(fù)性光刻膠層。至此，完成了包含剛性硬質(zhì)襯底、正性光刻膠層和負(fù)性光刻膠層的SERS襯底基板的準(zhǔn)備工作。隨后進(jìn)行光刻工藝的關(guān)鍵步驟。利用光刻系統(tǒng)對負(fù)性光刻膠層進(jìn)行曝光，光刻系統(tǒng)通常采用紫外光源，通過掩模版將設(shè)計好的圖案投射到負(fù)性光刻膠層上。曝光過程中，需要精確控制曝光劑量和時間，以確保負(fù)性光刻膠層能夠準(zhǔn)確地記錄下圖案信息。曝光劑量一般控制在10-50mJ/cm2，曝光時間為10-30秒。曝光結(jié)束后，將曝光后的SERS襯底基板放入顯影液中進(jìn)行顯影。若負(fù)性光刻膠層所用的負(fù)性光刻膠為HSQ，顯影液可選用TMAH顯影液或包含濃度比例為1%-2%的NaOH及濃度比例為3%-5%的NaCl的水溶液。在顯影過程中，曝光區(qū)域的負(fù)性光刻膠會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，變得不溶于顯影液，而未曝光區(qū)域的負(fù)性光刻膠則會被顯影液溶解去除，從而得到至少一個多聚體結(jié)構(gòu)。顯影完成后，對SERS襯底基板進(jìn)行清洗并吹干，去除殘留的顯影液和雜質(zhì)。接著，將得到的多聚體結(jié)構(gòu)作為掩模，對正性光刻膠層進(jìn)行刻蝕?？涛g過程可采用反應(yīng)離子刻蝕（RIE）等技術(shù)，通過精確控制刻蝕氣體的種類、流量、功率以及刻蝕時間等參數(shù)，使多聚體結(jié)構(gòu)與其下方的正性光刻膠層形成上寬下窄的三維懸空結(jié)構(gòu)。在反應(yīng)離子刻蝕中，常用的刻蝕氣體有CF?、O?等，刻蝕功率一般為50-150W，刻蝕時間為5-15分鐘。最后進(jìn)行金屬沉積，以形成具有SERS活性的襯底?；诘蜏爻练e對三維懸空結(jié)構(gòu)進(jìn)行金屬沉積，可采用電子束蒸發(fā)、磁控濺射等方法。在電子束蒸發(fā)過程中，將樣品放入高真空環(huán)境中，通過電子束加熱金屬（如金、銀等）使其蒸發(fā)，金屬原子在三維懸空結(jié)構(gòu)表面沉積并逐漸形成金屬層。蒸發(fā)速率一般控制在0.1-1nm/s，沉積厚度為30-80nm。磁控濺射則是在氬氣等惰性氣體環(huán)境中，利用磁場和電場的作用，使氬離子轟擊金屬靶材，濺射出的金屬原子沉積在樣品表面形成金屬層。濺射功率通常為50-150W，濺射時間為10-30分鐘。通過這些步驟，最終得到包括三維懸空金屬結(jié)構(gòu)的SERS襯底，這種襯底由于其特殊的三維懸空結(jié)構(gòu)，能夠提供更多的SERS熱點(diǎn)，有效提高表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測的靈敏度。3.2.2光刻法在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制備中的應(yīng)用光刻法在制備具有復(fù)雜圖案和結(jié)構(gòu)的SERS襯底方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠滿足不同生物檢測需求。在生物檢測中，不同的生物分子具有不同的特性和檢測要求，因此需要設(shè)計和制備與之相匹配的SERS襯底結(jié)構(gòu)。例如，在對蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測時，為了提高蛋白質(zhì)與SERS襯底的結(jié)合效率和檢測靈敏度，可利用光刻法制備具有納米級凹槽或凸起結(jié)構(gòu)的SERS襯底。通過光刻工藝，精確控制凹槽或凸起的尺寸、形狀和間距，使其能夠與蛋白質(zhì)分子的大小和形狀相適配，增加蛋白質(zhì)分子與襯底表面的接觸面積和相互作用。在制備過程中，利用光刻系統(tǒng)將設(shè)計好的凹槽或凸起圖案通過掩模版投射到光刻膠層上，經(jīng)過曝光、顯影和刻蝕等步驟，在襯底表面形成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。刻蝕過程中，通過調(diào)整刻蝕參數(shù)，如刻蝕氣體的流量、功率和時間等，精確控制凹槽或凸起的深度和形狀。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)凹槽的寬度為50-100nm，深度為30-50nm，間距為100-200nm時，對蛋白質(zhì)的吸附和檢測效果較好。對于核酸檢測，為了實(shí)現(xiàn)對特定核酸序列的快速、準(zhǔn)確識別和檢測，可制備具有微陣列結(jié)構(gòu)的SERS襯底。利用光刻法在襯底表面制備出高密度的微陣列，每個微陣列單元可以固定不同的核酸探針。在光刻過程中，通過多次曝光和顯影，結(jié)合不同的掩模版，在襯底上構(gòu)建出精確排列的微陣列圖案。微陣列單元的尺寸可控制在1-10μm之間，間距為2-20μm。這樣的微陣列結(jié)構(gòu)能夠同時對多種核酸進(jìn)行檢測，大大提高了檢測效率和準(zhǔn)確性。當(dāng)樣品中的核酸與固定在微陣列單元上的探針發(fā)生雜交反應(yīng)時，通過檢測雜交后的SERS信號，即可實(shí)現(xiàn)對核酸的檢測。有研究利用這種具有微陣列結(jié)構(gòu)的SERS襯底對乙肝病毒DNA進(jìn)行檢測，能夠在短時間內(nèi)準(zhǔn)確檢測出病毒的存在和含量。光刻法還可以制備出具有三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的SERS襯底，以滿足更復(fù)雜的生物檢測需求。通過多層光刻和刻蝕技術(shù)，結(jié)合正性光刻膠與負(fù)性光刻膠的不同特性，制備出具有立體納米結(jié)構(gòu)的SERS襯底。在制備過程中，先在襯底上旋涂一層光刻膠，進(jìn)行第一次光刻和刻蝕，形成第一層結(jié)構(gòu)；然后再旋涂另一層光刻膠，進(jìn)行第二次光刻和刻蝕，與第一層結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成三維立體結(jié)構(gòu)。這種三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)能夠提供更多的SERS熱點(diǎn)，增強(qiáng)SERS信號，提高檢測靈敏度。在對細(xì)胞表面標(biāo)志物的檢測中，利用這種三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的SERS襯底，能夠更有效地捕獲細(xì)胞，增強(qiáng)細(xì)胞表面標(biāo)志物與襯底之間的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞表面標(biāo)志物的高靈敏度檢測。3.3飛秒激光技術(shù)3.3.1飛秒激光誘導(dǎo)金屬三維周期結(jié)構(gòu)飛秒激光作為一種具有超短脈沖寬度和高峰值功率的激光，在材料加工領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。利用飛秒激光在玻璃微流道底部加工金屬三維周期結(jié)構(gòu)作為SERS基底，為SERS技術(shù)的發(fā)展開辟了新的路徑。飛秒激光誘導(dǎo)金屬三維周期結(jié)構(gòu)的原理基于其與物質(zhì)相互作用的特殊機(jī)制。飛秒激光的脈沖寬度極短，通常在飛秒量級（10^{-15}秒），這使得它能夠在極短的時間內(nèi)將能量集中注入到材料表面的微小區(qū)域。當(dāng)飛秒激光照射到金屬表面時，由于其超高的峰值功率，會在金屬表面產(chǎn)生極高的光場強(qiáng)度，引發(fā)多光子吸收和雪崩電離等非線性過程。這些過程導(dǎo)致金屬表面的電子迅速獲得能量，形成高溫、高密度的電子氣。電子氣與金屬晶格之間的強(qiáng)烈相互作用，使得金屬晶格在短時間內(nèi)被加熱到極高的溫度，甚至超過金屬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，從而引發(fā)金屬的熔化、汽化和等離子體的形成。在玻璃微流道底部加工金屬三維周期結(jié)構(gòu)時，首先需要在微流道底部沉積一層金屬薄膜，如金、銀等貴金屬薄膜。這可以通過物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）等方法實(shí)現(xiàn)。以物理氣相沉積中的磁控濺射為例，在氬氣等惰性氣體環(huán)境中，利用磁場和電場的作用，使氬離子轟擊金屬靶材，濺射出的金屬原子在玻璃微流道底部沉積形成薄膜。濺射功率一般控制在50-150W，濺射時間為10-30分鐘，以獲得厚度適宜的金屬薄膜，通常薄膜厚度在30-80nm之間。隨后，利用飛秒激光對沉積的金屬薄膜進(jìn)行加工。將飛秒激光聚焦到金屬薄膜表面，通過精確控制飛秒激光的參數(shù)，如脈沖能量、脈沖寬度、重復(fù)頻率、掃描速度等，以及光束的聚焦方式和掃描路徑，實(shí)現(xiàn)對金屬薄膜的微納加工。在加工過程中，飛秒激光的能量被金屬薄膜吸收，導(dǎo)致金屬薄膜表面的局部區(qū)域發(fā)生熔化、蒸發(fā)和再凝固等過程。通過合理設(shè)計掃描路徑，如采用周期性的掃描方式，可以在金屬薄膜表面形成周期性的微納結(jié)構(gòu)。在掃描過程中，掃描行間距控制在30-90μm，掃描速率為1mm/s，脈沖能量為1-10μJ，重復(fù)頻率為1kHz，這樣可以制備出具有特定周期和形貌的三維周期結(jié)構(gòu)。這種三維周期結(jié)構(gòu)具有高度的周期性和規(guī)則性，能夠提供大量均勻分布的SERS熱點(diǎn)，有效增強(qiáng)SERS信號。3.3.2飛秒激光技術(shù)在微流控芯片中的獨(dú)特優(yōu)勢飛秒激光技術(shù)在微流控芯片中具有精確靈活形成納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。飛秒激光的超短脈沖特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)對材料的“冷加工”，即在加工過程中幾乎不會產(chǎn)生熱擴(kuò)散和熱損傷，從而可以精確地控制加工區(qū)域和加工深度。在制備微流控芯片SERS襯底時，通過聚焦飛秒激光，可以在微流控芯片的特定位置形成納米級別的結(jié)構(gòu)，如納米孔洞、納米柱、納米線等。與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比，飛秒激光加工不受光刻膠分辨率的限制，能夠制備出更加精細(xì)、復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)。在制備具有納米級凹槽的SERS襯底時，飛秒激光可以精確地控制凹槽的寬度、深度和間距，使其達(dá)到納米尺度，而光刻技術(shù)在制備如此精細(xì)的結(jié)構(gòu)時會面臨分辨率的瓶頸。飛秒激光還可以通過調(diào)整光束的聚焦方式和掃描路徑，靈活地改變納米結(jié)構(gòu)的形狀和排列方式，以滿足不同生物檢測的需求。通過飛秒激光的雙光子聚合技術(shù)，可以在微流控芯片中制備出三維立體的納米結(jié)構(gòu)，為生物分子的吸附和檢測提供更多的活性位點(diǎn)。飛秒激光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)原位制備，這是其在微流控芯片中的又一顯著優(yōu)勢。原位制備是指在微流控芯片的制作過程中，直接在芯片內(nèi)部或表面制備出所需的功能結(jié)構(gòu)，無需額外的后處理步驟。在微流控芯片中，利用飛秒激光可以直接在微流道的底部或側(cè)壁上加工出金屬三維周期結(jié)構(gòu)，形成SERS襯底。這種原位制備的方式不僅簡化了制備工藝，減少了制備過程中的誤差和污染，還能夠更好地與微流控芯片的其他結(jié)構(gòu)集成，提高芯片的整體性能。與傳統(tǒng)的制備方法相比，傳統(tǒng)方法通常需要先制備SERS襯底，然后再將其與微流控芯片進(jìn)行組裝，這個過程中可能會出現(xiàn)襯底與芯片不匹配、連接不緊密等問題。而飛秒激光原位制備技術(shù)可以避免這些問題，直接在微流控芯片內(nèi)部構(gòu)建SERS襯底，確保了襯底與芯片的緊密結(jié)合和良好的兼容性。在生物檢測過程中，原位制備的SERS襯底能夠更好地與微流控芯片中的微流道、微混合器等結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)樣品的快速處理和高效檢測。3.4化學(xué)法3.4.1自組裝-化學(xué)鍍法制備SERS基底以某課題組的研究成果為例，其提出了一種新穎的通過自組裝-化學(xué)鍍法在微流控通道中原位制備SERS基底的方法。該方法的具體過程如下：首先對微流控芯片的通道表面進(jìn)行預(yù)處理，使其表面帶有特定的官能團(tuán)，以利于后續(xù)納米顆粒的自組裝。利用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）對通道表面進(jìn)行修飾，將微流控芯片浸泡在濃度為5%的APTES乙醇溶液中30分鐘，然后用去離子水沖洗干凈并烘干。APTES分子中的乙氧基會與通道表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，從而在通道表面引入氨基官能團(tuán)。接著，將經(jīng)過修飾的微流控芯片浸泡在納米銀顆粒溶液中，納米銀顆粒會通過與氨基官能團(tuán)的相互作用，自組裝在通道表面。納米銀顆粒溶液的濃度控制在10-3mol/L，浸泡時間為1小時，以確保納米銀顆粒能夠均勻地自組裝在通道表面。在完成納米銀顆粒的自組裝后，進(jìn)行化學(xué)鍍過程。將含有化學(xué)鍍液的溶液注入微流控通道中，化學(xué)鍍液中包含金屬鹽（如氯金酸）、還原劑（如檸檬酸鈉）以及其他添加劑。在一定的溫度和反應(yīng)時間下，化學(xué)鍍液中的金屬離子會在納米銀顆粒的催化作用下被還原，在納米銀顆粒表面沉積形成金屬層，從而構(gòu)建出具有高活性的SERS基底?；瘜W(xué)鍍過程中，反應(yīng)溫度控制在60°C，反應(yīng)時間為30分鐘，氯金酸的濃度為10-4mol/L，檸檬酸鈉的濃度為10-3mol/L。為了驗(yàn)證該SERS基底的性能，課題組以羅丹明6G作為目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行檢測。將不同濃度的羅丹明6G溶液注入制備好的微流控芯片SERS基底通道中，利用拉曼光譜儀對其進(jìn)行檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該SERS基底對羅丹明6G具有良好的檢測效果，能夠檢測到低至10-8mol/L濃度的羅丹明6G。在濃度為10-8mol/L時，羅丹明6G在SERS基底上的拉曼信號強(qiáng)度明顯高于其在普通基底上的信號強(qiáng)度，且信號具有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。通過對不同濃度羅丹明6G的拉曼信號強(qiáng)度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)拉曼信號強(qiáng)度與羅丹明6G濃度之間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98以上，為定量檢測提供了可靠的依據(jù)。3.4.2原位電沉積與置換法制備納米結(jié)構(gòu)Parisi等人提出了一種通過原位電沉積和置換法制備新型納米墻結(jié)構(gòu)微流控SERS芯片的方法。在制備過程中，他們選用了具有特定結(jié)構(gòu)的微流控芯片，在芯片的微通道底部預(yù)先設(shè)置了電極。首先進(jìn)行原位電沉積步驟，將含有金屬離子的電解液注入微流控通道中，在電極兩端施加一定的電壓，使金屬離子在電場的作用下向電極表面遷移，并在電極表面發(fā)生還原反應(yīng)，沉積形成金屬納米結(jié)構(gòu)。以沉積銀納米結(jié)構(gòu)為例，電解液中硝酸銀的濃度為10-2mol/L，施加的電壓為1V，電沉積時間為10分鐘。在電沉積過程中，通過控制電壓、時間和電解液濃度等參數(shù)，可以精確調(diào)控金屬納米結(jié)構(gòu)的生長速率、尺寸和形貌。隨后進(jìn)行置換法處理，將電沉積后的微流控芯片浸泡在含有另一種金屬離子的溶液中，由于金屬活動性的差異，電沉積形成的金屬納米結(jié)構(gòu)會與溶液中的金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)。將電沉積有銀納米結(jié)構(gòu)的芯片浸泡在氯金酸溶液中，銀納米結(jié)構(gòu)會與氯金酸中的金離子發(fā)生置換反應(yīng)，在銀納米結(jié)構(gòu)表面生長出金納米顆粒，形成銀-金復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。氯金酸溶液的濃度為10-3mol/L，浸泡時間為5分鐘。這種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的納米墻形貌，能夠提供豐富的SERS熱點(diǎn)，有效增強(qiáng)SERS信號。該方法制備的微流控SERS芯片在生物檢測中展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。他們將該芯片應(yīng)用于對DNA片段的檢測，利用DNA與納米結(jié)構(gòu)表面的相互作用，以及SERS技術(shù)的高靈敏度，實(shí)現(xiàn)了對特定DNA片段的快速、準(zhǔn)確檢測。在對一段長度為100bp的DNA片段的檢測中，該芯片能夠檢測到低至10-15mol/L濃度的DNA，檢測時間僅需15分鐘。通過對不同濃度DNA的拉曼信號分析，建立了DNA濃度與SERS信號強(qiáng)度之間的定量關(guān)系，為DNA的定量檢測提供了新的技術(shù)手段。四、微流控芯片SERS襯底在生物檢測中的應(yīng)用4.1生物分子痕量檢測4.1.1DNA分子檢測案例分析日本理化學(xué)研究所的KojiSugioka教授團(tuán)隊(duì)展示的新型液面輔助SERS（LI-SERS）微流控技術(shù)，為DNA分子的痕量檢測提供了新的思路和方法，在生物醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。該技術(shù)的檢測原理基于表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）效應(yīng)以及獨(dú)特的液面輔助機(jī)制。SERS效應(yīng)的核心是利用貴金屬納米材料的近場效應(yīng)，當(dāng)外界光激發(fā)小于光波長的金屬納米結(jié)構(gòu)時，電子會發(fā)生集體振蕩，形成局域表面等離子共振現(xiàn)象，使得金屬表面的局域電場增強(qiáng)，從而對拉曼散射光進(jìn)行放大。在LI-SERS微流控技術(shù)中，通過在玻璃微流道底部構(gòu)建飛秒激光誘導(dǎo)的金屬三維周期結(jié)構(gòu)（LIPSS）作為SERS基底，進(jìn)一步增強(qiáng)了這種電場增強(qiáng)效果。具體來說，玻璃微流道底部通過飛秒激光選區(qū)金屬化的方式形成150mm×150mm銀金屬薄膜，然后利用線偏振飛秒激光二次正交方式掃描刻蝕銀薄膜，在其表面形成周期為140nm、溝壑寬40nm的二維結(jié)構(gòu)。這種特殊的二維結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生耦合局域增強(qiáng)電場，即“熱點(diǎn)”，使得在金屬溝壑內(nèi)的被檢測分子的拉曼信號受到激發(fā)，產(chǎn)生10?數(shù)量級以上的放大。為了進(jìn)一步提高拉曼信號的增強(qiáng)倍數(shù)，LI-SERS技術(shù)引入了液面輔助機(jī)制。在微流道內(nèi)部，當(dāng)拉曼激發(fā)光恰好被聚焦在被探測分子溶液的空氣-液體界面時，可獲得近單分子水平的拉曼信號，實(shí)現(xiàn)單分子水平檢測本領(lǐng)。這是因?yàn)榧す庹丈鋾l(fā)一系列物理效應(yīng)，其中激光誘導(dǎo)的Marangoni流與光俘獲的協(xié)同作用是LI-SERS的關(guān)鍵機(jī)制。激光照射使液體界面附近的溫度分布不均勻，從而產(chǎn)生Marangoni流，這種流會將分析物分子引導(dǎo)到“熱點(diǎn)”區(qū)域。同時，光俘獲作用會使聚集到“熱點(diǎn)”的分子被光學(xué)力捕獲，從而使分析物分子固定在SERS底物上，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)拉曼散射。LI-SERS方法所獲得的拉曼增強(qiáng)倍數(shù)比傳統(tǒng)SERS技術(shù)高5-6個數(shù)量級，能夠?qū)崿F(xiàn)101?數(shù)量級拉曼信號放大。其實(shí)驗(yàn)過程如下：首先采用飛秒激光輔助化學(xué)法進(jìn)行玻璃微流道制備，構(gòu)建出微流控芯片的基本結(jié)構(gòu)。然后在玻璃微流道底部加工飛秒激光誘導(dǎo)的金屬三維周期結(jié)構(gòu)，形成具有高活性的SERS基底。將含有不同堿基構(gòu)成的DNA分子溶液注入微流控芯片的微流道中。在檢測時，精確調(diào)整拉曼激發(fā)光的聚焦位置，使其聚焦在DNA分子溶液的空氣-液體界面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人矚目，該技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了近單分子水平的脫氧核糖核酸鏈（DNA）的快速區(qū)分和鑒定。從檢測靈敏度來看，能夠檢測到低至10fM濃度的DNA分子，這一檢測限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，極大地提高了對痕量DNA分子的檢測能力。在區(qū)分不同DNA分子方面，通過對比不同堿基構(gòu)成的DNA分子鏈的拉曼峰位置和強(qiáng)度，能夠快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)低濃度下核酸物質(zhì)的鑒別。對于由不同堿基構(gòu)成的兩種DNA分子鏈，在10fM的低濃度下，通過LI-SERS方法得到的拉曼光譜圖中，兩種DNA分子的拉曼峰位置和強(qiáng)度存在明顯差異，從而可以清晰地區(qū)分它們。這一結(jié)果表明，LI-SERS微流控技術(shù)在DNA分子檢測方面具有極高的靈敏度和特異性，為DNA檢測領(lǐng)域帶來了新的突破，有望在基因診斷、疾病早期檢測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。4.1.2蛋白質(zhì)等生物大分子檢測應(yīng)用SERS微流控芯片在蛋白質(zhì)檢測中具有重要的應(yīng)用價值，能夠?qū)崿F(xiàn)對蛋白質(zhì)的高靈敏度、快速檢測，為蛋白質(zhì)相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷提供了有力的技術(shù)支持。在檢測過程中，首先需要對SERS微流控芯片進(jìn)行修飾，使其能夠特異性地識別和捕獲目標(biāo)蛋白質(zhì)。通常采用抗體修飾的方法，將針對目標(biāo)蛋白質(zhì)的特異性抗體固定在SERS微流控芯片的表面?？贵w固定的方法有多種，如物理吸附、化學(xué)偶聯(lián)等。物理吸附是利用抗體與芯片表面之間的范德華力、靜電作用等將抗體吸附在芯片表面，操作相對簡單，但抗體的固定穩(wěn)定性較差。化學(xué)偶聯(lián)則是通過化學(xué)反應(yīng)在抗體和芯片表面引入特定的官能團(tuán)，使兩者發(fā)生共價結(jié)合，這種方法固定的抗體穩(wěn)定性好，但操作較為復(fù)雜，需要精確控制反應(yīng)條件。以癌胚抗原（CEA）檢測為例，可將抗CEA抗體通過化學(xué)偶聯(lián)的方式固定在SERS微流控芯片表面。將含有雙硫鍵的自組裝單分子層修飾在芯片表面，然后利用雙硫鍵與抗體上的巰基發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)抗體的固定。當(dāng)含有目標(biāo)蛋白質(zhì)的樣品進(jìn)入微流控芯片的微流道后，蛋白質(zhì)會與固定在芯片表面的抗體發(fā)生特異性結(jié)合。由于SERS微流控芯片的微流道結(jié)構(gòu)能夠精確控制液體的流動和混合，使得蛋白質(zhì)與抗體的結(jié)合效率大大提高，能夠在短時間內(nèi)完成反應(yīng)。結(jié)合后的蛋白質(zhì)會吸附在SERS活性位點(diǎn)附近，在激光激發(fā)下，產(chǎn)生表面增強(qiáng)拉曼散射信號。通過檢測拉曼信號的強(qiáng)度和特征峰，可以確定蛋白質(zhì)的存在和濃度。在對不同濃度的CEA進(jìn)行檢測時，隨著CEA濃度的增加，SERS信號強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，且拉曼光譜中的特征峰也具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，從而可以建立CEA濃度與SERS信號強(qiáng)度之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對CEA的定量檢測。然而，在蛋白質(zhì)檢測過程中也面臨著一些問題。生物樣品的復(fù)雜性是一個主要挑戰(zhàn)，生物樣品中往往含有多種蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞碎片等成分，這些成分可能會干擾目標(biāo)蛋白質(zhì)與抗體的結(jié)合，或者對SERS信號產(chǎn)生干擾。血清樣品中除了目標(biāo)蛋白質(zhì)外，還含有大量的白蛋白、球蛋白等其他蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可能會與抗體發(fā)生非特異性結(jié)合，導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)假陽性。此外，生物樣品中的雜質(zhì)可能會吸附在SERS微流控芯片表面，影響SERS活性位點(diǎn)的性能，降低檢測靈敏度。為了解決這些問題，研究人員采取了一系列有效的解決方案。在樣品預(yù)處理方面，采用離心、過濾、免疫沉淀等方法對生物樣品進(jìn)行純化和富集，去除雜質(zhì)和干擾物質(zhì)。通過離心可以去除細(xì)胞碎片等較大的顆粒物質(zhì)，過濾可以進(jìn)一步去除小分子雜質(zhì)，免疫沉淀則可以特異性地富集目標(biāo)蛋白質(zhì)，提高目標(biāo)蛋白質(zhì)的濃度，減少雜質(zhì)的干擾。在芯片設(shè)計方面，優(yōu)化芯片的表面修飾和微流道結(jié)構(gòu)，提高芯片的選擇性和抗干擾能力。在芯片表面修飾一層抗非特異性吸附的材料，如聚乙二醇（PEG）等，減少非特異性蛋白質(zhì)的吸附。同時，合理設(shè)計微流道的形狀和尺寸，優(yōu)化液體的流動模式，提高蛋白質(zhì)與抗體的結(jié)合效率，減少雜質(zhì)的影響。通過這些解決方案，能夠有效提高SERS微流控芯片在蛋白質(zhì)檢測中的準(zhǔn)確性和可靠性，推動其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。4.2疾病診斷應(yīng)用4.2.1阿爾茨海默病早期診斷阿爾茨海默?。ˋD）是一種嚴(yán)重的神經(jīng)退行性疾病，其主要病理特征之一是大腦中β-淀粉樣蛋白（Aβ）的異常聚集，形成老年斑。Aβ是由淀粉樣前體蛋白（APP）經(jīng)β-和γ-分泌酶水解后產(chǎn)生的一種含有39-43個氨基酸的多肽。在AD的發(fā)病過程中，Aβ的聚集會導(dǎo)致神經(jīng)元損傷和死亡，進(jìn)而影響大腦的正常功能，出現(xiàn)認(rèn)知障礙、記憶力減退等癥狀。目前，AD的早期診斷面臨著諸多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的診斷方法如臨床癥狀評估、神經(jīng)心理學(xué)測試等往往在疾病發(fā)展到一定階段后才能檢測出來，無法實(shí)現(xiàn)早期干預(yù)和治療。因此，開發(fā)高靈敏度、高特異性的AD早期診斷方法具有重要的臨床意義。利用LI-SERS技術(shù)檢測Aβ為AD的早期診斷提供了新的途徑。LI-SERS技術(shù)基于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，通過在微流控芯片中構(gòu)建特殊的SERS基底，結(jié)合液面輔助機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對Aβ的超靈敏檢測。在LI-SERS微流控芯片中，通過飛秒激光在玻璃微流道底部加工出金屬三維周期結(jié)構(gòu)（LIPSS）作為SERS基底。這種基底具有高度規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生耦合局域增強(qiáng)電場，即“熱點(diǎn)”，使被檢測分子的拉曼信號得到極大增強(qiáng)。當(dāng)Aβ分子進(jìn)入微流道并吸附在SERS基底表面時，在激光激發(fā)下，Aβ分子的拉曼信號會被“熱點(diǎn)”區(qū)域的增強(qiáng)電場放大。在微流道內(nèi)部，當(dāng)拉曼激發(fā)光聚焦在Aβ分子溶液的空氣-液體界面時，激光誘導(dǎo)的Marangoni流與光俘獲的協(xié)同作用會將Aβ分子引導(dǎo)到“熱點(diǎn)”區(qū)域，并使分子被光學(xué)力捕獲，固定在SERS底物上，進(jìn)一步增強(qiáng)拉曼信號。這種獨(dú)特的檢測機(jī)制使得LI-SERS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對Aβ的高靈敏度檢測，檢測限可達(dá)1fM。LI-SERS技術(shù)在AD早期診斷方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于AD的早期癥狀不明顯，傳統(tǒng)檢測方法難以在早期發(fā)現(xiàn)Aβ的異常變化。而LI-SERS技術(shù)的高靈敏度能夠在疾病早期檢測到極微量的Aβ聚集，為AD的早期診斷提供有力的依據(jù)。通過對疑似AD患者腦脊液或血液中的Aβ進(jìn)行檢測，可以在疾病早期發(fā)現(xiàn)Aβ的異常升高，從而實(shí)現(xiàn)早期診斷和干預(yù)。LI-SERS技術(shù)還具有檢測速度快、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模的臨床篩查。與傳統(tǒng)的檢測方法如免疫分析法相比，LI-SERS技術(shù)無需復(fù)雜的標(biāo)記和抗體制備過程，能夠快速得到檢測結(jié)果，提高了檢測效率。這使得LI-SERS技術(shù)有望成為AD早期診斷的重要工具，為AD的防治帶來新的希望。4.2.2癌癥相關(guān)標(biāo)志物檢測癌癥嚴(yán)重威脅人類健康，早期診斷對于提高癌癥患者的生存率和治療效果至關(guān)重要。微小核糖核酸（miRNA）作為一類非編碼RNA，在細(xì)胞的生長、分化、凋亡等過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA表達(dá)水平的變化與腫瘤細(xì)胞的發(fā)育和死亡密切相關(guān)，因此miRNA成為癌癥早期檢測的潛在生物標(biāo)記物。在眾多與癌癥相關(guān)的miRNA中，miR-92a和miR-339-3p具有重要的研究價值。miR-92a在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）中過度表達(dá)，它能夠促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的增殖和侵襲，并與NSCLC的不良預(yù)后呈正相關(guān)。通過比較NSCLC患者和健康人的血清，發(fā)現(xiàn)miR-339-3p在NSCLC患者中顯著上調(diào)，對NSCLC患者具有診斷預(yù)測價值。傳統(tǒng)的miRNA檢測方法，如PCR、Northern印跡和微陣列等，存在靈敏度低、操作復(fù)雜、價格昂貴等缺點(diǎn)，不適用于臨床大規(guī)模檢測。而SERS微流控芯片的出現(xiàn)為miRNA檢測帶來了新的解決方案。SERS微流控芯片利用表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)，能夠?qū)iRNA進(jìn)行高靈敏度檢測。在芯片制備過程中，通常采用金銀納米碗陣列等具有獨(dú)特形貌和良好信號增強(qiáng)特性的結(jié)構(gòu)作為SERS基底。金銀納米碗陣列在顆粒內(nèi)外形成了許多間隙和邊緣，從而形成了更多的“熱點(diǎn)”，提高了分析的靈敏度和均一性。在檢測miR-92a和miR-339-3p時，首先在SERS基底表面修飾與目標(biāo)miRNA互補(bǔ)的探針序列。當(dāng)含有目標(biāo)miRNA的樣品進(jìn)入微流控芯片的微流道后，miRNA會與探針發(fā)生特異性雜交反應(yīng)。在激光激發(fā)下，雜交后的復(fù)合物會產(chǎn)生表面增強(qiáng)拉曼散射信號。通過檢測拉曼信號的強(qiáng)度和特征峰，可以確定miRNA的存在和濃度。在對NSCLC患者血清中的miR-92a進(jìn)行檢測時，SERS微流控芯片能夠檢測到低至10-15mol/L濃度的miR-92a，且檢測結(jié)果與患者的病情嚴(yán)重程度具有良好的相關(guān)性。SERS微流控芯片在癌癥相關(guān)標(biāo)志物檢測方面具有重要的意義。它能夠?qū)崿F(xiàn)對癌癥相關(guān)miRNA的快速、高靈敏度檢測，為癌癥的早期診斷提供了有力的技術(shù)支持。通過檢測血清、尿液等生物樣品中的miR-92a和miR-339-3p等標(biāo)志物，可以在癌癥早期發(fā)現(xiàn)異常，為患者的治療爭取寶貴的時間。SERS微流控芯片還具有高通量、低成本的優(yōu)勢，適合大規(guī)模的臨床篩查和診斷。與傳統(tǒng)檢測方法相比，它能夠同時檢測多個樣品，提高檢測效率，降低檢測成本。這使得SERS微流控芯片有望在癌癥早期診斷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動癌癥診斷技術(shù)的發(fā)展。4.3致病菌檢測4.3.1微流控SERS芯片在致病菌檢測中的優(yōu)勢微流控SERS芯片在致病菌檢測中具有檢測速度快的顯著優(yōu)勢。傳統(tǒng)的致病菌檢測方法，如細(xì)菌培養(yǎng)法，需要將樣品在特定的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以促進(jìn)細(xì)菌的生長和繁殖，這個過程往往需要較長的時間，一般為1-3天。在臨床診斷中，對于感染性疾病患者，快速明確致病菌種類至關(guān)重要，細(xì)菌培養(yǎng)法的長時間等待可能導(dǎo)致患者錯過最佳治療時機(jī)。而微流控SERS芯片利用微流控芯片的微通道結(jié)構(gòu)，能夠快速實(shí)現(xiàn)樣品的進(jìn)樣、混合和反應(yīng)，結(jié)合SERS技術(shù)的快速檢測特性，可在短時間內(nèi)完成致病菌的檢測。通過優(yōu)化微流控芯片的微通道設(shè)計和液體流動控制，能夠使樣品與SERS襯底在幾分鐘內(nèi)充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，再利用拉曼光譜儀進(jìn)行檢測，整個檢測過程通?？稍?0分鐘以內(nèi)完成，大大縮短了檢測時間，為臨床快速診斷提供了有力支持。微流控SERS芯片在檢測靈敏度方面也表現(xiàn)出色。傳統(tǒng)的免疫檢測方法，如酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA），雖然具有一定的靈敏度，但對于低濃度的致病菌檢測存在局限性，其檢測限一般在103-10?CFU/mL（CFU：菌落形成單位）。微流控SERS芯片基于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，能夠?qū)⒅虏【砻娴姆肿永盘栐鰪?qiáng)多個數(shù)量級，從而實(shí)現(xiàn)對極低濃度致病菌的檢測。通過在微流控芯片中構(gòu)建具有高活性的SERS基底，如金銀納米碗陣列等，能夠提供豐富的SERS熱點(diǎn)，進(jìn)一步提高檢測靈敏度。實(shí)驗(yàn)研究表明，微流控SERS芯片對某些致病菌的檢測限可低至10-102CFU/mL，比傳統(tǒng)免疫檢測方法提高了1-3個數(shù)量級，能夠檢測到更微量的致病菌，有助于早期發(fā)現(xiàn)感染源，及時采取防控措施。在選擇性方面，微流控SERS芯片同樣具有明顯優(yōu)勢。傳統(tǒng)的致病菌檢測方法可能存在交叉反應(yīng)等問題，導(dǎo)致檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。例如，一些基于抗體的檢測方法，由于抗體的特異性并非絕對完美，可能會與其他類似的細(xì)菌或生物分子發(fā)生非特異性結(jié)合，產(chǎn)生假陽性結(jié)果。微流控SERS芯片可以通過在SERS襯底表面修飾特異性的識別分子，如抗體、適配體等，實(shí)現(xiàn)對特定致病菌的精準(zhǔn)識別和檢測。這些特異性識別分子能夠與目標(biāo)致病菌表面的抗原或受體發(fā)生特異性結(jié)合，而對其他非目標(biāo)生物分子具有較低的親和力，從而有效提高檢測的選擇性。在對大腸桿菌O157:H7的檢測中，通過在微流控SERS芯片表面修飾針對大腸桿菌O157:H7的特異性抗體，能夠準(zhǔn)確地檢測出該致病菌，而對其他種類的大腸桿菌及常見的腸道細(xì)菌幾乎沒有交叉反應(yīng)，提高了檢測結(jié)果的可靠性。4.3.2實(shí)際案例分析在一項(xiàng)關(guān)于微流控SERS芯片用于致病菌檢測的研究中，研究人員針對食源性致病菌大腸桿菌O157:H7展開了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計圍繞微流控SERS芯片的制備和檢測方法的建立進(jìn)行。在微流控SERS芯片制備方面，采用模板法制備具有高度有序納米結(jié)構(gòu)的SERS基底。選用陽極氧化鋁（AAO）模板，通過精確控制陽極氧化的電壓、時間和電解液濃度等參數(shù)，制備出具有規(guī)則納米孔洞結(jié)構(gòu)的AAO模板。在0.3mol/L的草酸溶液中，在40V直流電壓下陽極氧化6h，制備出一次陽極氧化AAO模板，然后經(jīng)過去除氧化鋁膜、二次陽極氧化和擴(kuò)孔等步驟，得到最終的AAO模板。在AAO模板表面通過濺射的方法沉積銀納米顆粒，形成具有SERS活性的襯底。濺射過程中，濺射距離控制在2cm，濺射電流為20mA，濺射時間為20min。將制備好的SERS襯底集成到微流控芯片的微通道中，構(gòu)建出微流控SERS芯片。檢測過程如下：首先對待測樣品進(jìn)行預(yù)處理，將可能含有大腸桿菌O157:H7的食品樣品進(jìn)行勻漿處理，然后通過離心、過濾等方法進(jìn)行初步分離和富集，以提高樣品中大腸桿菌O157:H7的濃度，減少雜質(zhì)的干擾。將預(yù)處理后的樣品注入微流控SERS芯片的微通道中，樣品在微通道中與SERS襯底充分接觸。由于在SERS襯底表面修飾了針對大腸桿菌O157:H7的特異性抗體，當(dāng)樣品中存在大腸桿菌O157:H7時，細(xì)菌會與抗體發(fā)生特異性結(jié)合，吸附在SERS襯底表面。利用拉曼光譜儀對吸附有大腸桿菌O157:H7的SERS襯底進(jìn)行檢測，在激光激發(fā)下，大腸桿菌O157:H7表面的分子會產(chǎn)生表面增強(qiáng)拉曼散射信號。實(shí)際應(yīng)用效果顯著。該微流控SERS芯片對大腸桿菌O157:H7的檢測限低至50CFU/mL，能夠檢測到極低濃度的致病菌。在對實(shí)際食品樣品的檢測中，與傳統(tǒng)的細(xì)菌培養(yǎng)法相比，微流控SERS芯片的檢測速度大大提高，從傳統(tǒng)方法的2-3天縮短至30分鐘以內(nèi)。在檢測10份含有不同濃度大腸桿菌O157:H7的食品樣品時，微流控SERS芯片能夠準(zhǔn)確地檢測出其中8份樣品中的致病菌，檢測準(zhǔn)確率達(dá)到80%，而傳統(tǒng)細(xì)菌培養(yǎng)法雖然能夠準(zhǔn)確檢測出所有陽性樣品，但檢測時間較長。微流控SERS芯片的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)方法具有良好的一致性，且具有快速、靈敏的優(yōu)勢，在食源性致病菌檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，能夠?yàn)槭称钒踩O(jiān)測提供高效、準(zhǔn)確的檢測手段。五、結(jié)論與展望5.1研究成果總結(jié)本研究圍繞微流控芯片SERS襯底展開，在制備方法和生物檢測應(yīng)用方面取得了一系列重要成果。在制備方法上，對多種創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行了深入探索。模板法中，通過精確控制AAO模板的制備工藝，包括陽極氧化、擴(kuò)孔等步驟，成功制備出具有高度有序納米結(jié)構(gòu)的透明SERS襯底。在AAO模板制備過程中，對電解液濃度、電壓、時間等參數(shù)的