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新耐高壓固態納米材料提升深海原位探測靈敏度數千倍
2022年11月02日 10:53:03
來源：化工儀器網 點擊量：4506
近日，中科院海洋所和中科院物理所合作制備出七星瓢蟲狀銀納米顆粒的表面增強拉曼散射（SERS）基底，利用自主研發的深海拉曼探針系統，成功實現了高溫熱液噴口流體溫度、成分、礦物和上覆生物群落水的物理化學參數的原位檢測。
【化工儀器網 項目成果】深海極端環境塑造了特殊的生命過程，資源潛力巨大，對其探測與研究是國際地球科學前沿。然而，深海嚴苛的高壓環境極大地限制了深海采樣及探測技術的應用。深海原位探測技術可以在不改變被測物位置及狀態的條件下，獲取深海樣品的組分及含量信息，因此被越來越廣泛地應用到深海極端環境的研究工作中。
深海極端環境原位探測技術擁有廣闊的前景，但由于深海環境極端復雜，作為一種新興的探測技術仍需解決諸多科學難題。目前國際上仍缺乏對深海原位一些大分子，特別是深海極端環境下生存的各種微生物的相關代謝產物和中間體的檢測手段。
同時，在國際上深海微生物細胞外代謝產物也無原位檢測方法，傳統的檢測方法，如測色法、液相色譜-質譜(LC-MS)和核磁共振(NMR)等，不能同時檢測多組分，耗時、成本高、靈敏度低。激光拉曼檢測限只能達到毫摩爾級，嚴重阻礙了激光拉曼技術對低濃度深海微生物代謝產物或中間體的檢測。因此深海細胞外代謝產物的原位探測十分困難，面臨巨大的挑戰。
近日，中科院海洋所和中科院物理所合作制備出七星瓢蟲狀銀納米顆粒的表面增強拉曼散射(SERS)基底，利用自主研發的深海拉曼探針系統，成功實現了高溫熱液噴口流體溫度、成分、礦物和上覆生物群落水的物理化學參數的原位檢測。
SERS主要來源于貴金屬(銀、金)納米顆粒附近局部電磁場的增強；因此具有超靈敏、快速檢測微量分子的能力，檢測限可以達到納摩爾，甚至皮摩爾級。然而目前廣泛應用的SERS基底大部分是液態溶膠材料，固態SERS基底也有易氧化，高壓易脫落的缺點，深海原位探測中無法應用。
研究團隊利用高溫退火工藝對鍍銀膜的石英進行熱處理，成功制備類似七星瓢蟲斑點樣的銀納米顆粒SERS基底材料，表現出良好的晶體取向，在11MPa下實現10-6M 磷酸乙醇胺的檢測。研發的SERS基底材料還具有強抗氧化性，并且可耐受深海高壓環境，保障了2022年南海冷泉生態系統原位探測航次的成功，在滿足深海原位探測需求的同時，也適用于極端工業環境的檢測，為未來深海原位檢測低濃度的微生物代謝產物提供了新手段。
該項研究發布在國際學術期刊《Surfaces and Interfaces》上，題目為“One-step method to prepare coccinellaseptempunctate-like silver nanoparticles for high sensitivity SERS detection”。
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