研究人员开发了纳米粒子阵列植入技术，用于灵敏和可重复使用的检测

上海交通大学（SJTU）的研究人员开发了一种高灵敏度和可重复使用的表面增强拉曼光谱（SERS）微流体系统，其检测限低于10ppt（万亿分之一）的有害物质

这项研究发表在《国际极端制造杂志》上，可以拓宽超灵敏、有效和低成本微流体检测在生物医学诊断、环境监测和食品安全中的应用

将等离子体纳米颗粒以高精度和稳定性集成到微流控芯片中是高灵敏度和可重复使用传感的基础

该论文的第一作者、上海交通大学机械工程学院教授胡永祥博士说：“如何将设计良好的纳米粒子组装到微通道中是一个关键问题。”

“在大多数研究中，SERS活性基底是预先单独制备的，然后与微流控芯片集成，制造效率低，成本昂贵。我们需要找到一种快速且经济实惠的技术。在这里我们说，为什么不直接将纳米粒子植入微通道？”

近年来，直接飞秒激光结构化已被用于开发许多高灵敏度的微流控SERS系统，提供了各种灵活的SERS活性界面制造路线

纳米粒子可以在微通道中合成，用于SERS检测，使用激光诱导光还原，分辨率低至10-10mol/L。然而，激光还原的纳米粒子在暴露于空气中时容易氧化，这将影响其使用寿命。此外，激光制造的结构难以以均匀的方式进行控制，限制了灵敏度和再现性的提高

使用飞秒激光诱导正向转移（fs-LIFT）技术，研究人员将纳米粒子植入间距约为400nm的方形晶格中，平均偏差仅为3%。显著的电磁场增强导致检测限低于10-11mol/L。此外，由于fs-LIFT注入纳米粒子的牢固嵌入，所制备的阵列在多次物理和化学清洗后显示出优异的可重复使用性

由于高稳定性和灵敏度，研究人员使用这种方法制造了SERS微流体系统并监测在线氧化反应，这有助于他们推断反应路径

研究人员正在继续这项工作，希望通过减小粒径和排列间距来进一步提高灵敏度。他们预计该技术将在未来用于生物医学检测，用于疾病筛查和诊断应用 More information: Yongxiang Hu et al, Femtosecond laser-induced nanoparticle implantation into flexible substrate for sensitive and reusable microfluidics SERS detection, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI: 10.1088/2631-7990/ad48e9