食品安全是保证人民身体健康，评价生活幸福度的重要指标，也是目前社会人人都关注的热点问题。在日常生活中，劣质食品添加剂，食品中的化学污染，假冒伪劣产品等问题时刻威胁着我们的身体健康，甚至影响到人类的子孙后代。例如，引起我们广泛关注的“毒奶粉”事件中，只是含有微量的三聚氰胺，但是长期摄入后却导致了人体泌尿系统膀胱、肾等器官产生结石，甚至诱发膀胱癌等更严重的疾病。为了能够检测极其微量的对身体有害的化学成分，我们依靠表面增强拉曼散射（SERS）分析技术具有灵敏度高、抗干扰能力强、简单方便的特点，可以十分有效地实现对微量化学分子的检测，这一技术已经在化学，生物，环境检测等领域发挥了重要作用。众所周知，表面增强拉曼散射中灵敏度、稳定性、再生性和均匀性是判断其基底性能的关键因素，尤其灵敏度是检验基底是否有效的最重要的性能。近期，三维SERS基底已经被科学家发现并广泛报道，相比于传统的低维基底，三维SERS基底在灵敏度方面有相当大的提高。因此，能够通过既简单又低成本的制备方法获得高灵敏度的三维SERS基底是重中之重，也是每个研究者都在关注的问题。
本文中，我们以SiO2球和PS球作为结构单元，通过旋涂法制备一层SiO2球阵列，继而再上面铺一层PS球，通过不断调整SiO2球与PS球的尺寸，使得SiO2球恰好能够为PS球提供一个三维曲面，之后再用氧等离子体将 PS球不完全刻蚀，保证PS球之间能够存在纳米级的间隙，这样就可以得到一个最佳比例的SiO2球与PS球3D模板。最后，通过磁控溅射方法在表面沉积一定厚度的贵金属银就可以获得具有较多“热点”的超高灵敏度三维SERS衬底。在不断地调整中，我们制备了不同尺寸组合的SiO2球和PS球模板检测同等浓度的R6G分子的信号强度，得出了2μm的SiO2球与290 nm的PS球为最佳尺寸组合。
以R6G分子检测结果来看，在同等浓度的情况下，三维基底的拉曼信号强度比平面衬底（290 nm的PS阵列刻蚀后沉积银）提高了一倍多。我们也探究了其原因是SiO2球与PS球的3D模板“热点”位置的三维分布有效提高了激光景深的利用率，从而极大的提高了SERS衬底的灵敏度，而且检测极限达10-15 M，分析增强因子高达2×1014。
同时，我们也利用这一简单的SERS基底检测了水中的三聚氰胺，试验结果同样证明了在较低的检测浓度下（10-7 M）依然会有明显的拉曼信号，并且检测极限远远低于国家对于三聚氰胺含量的限制标准，证明该基底对检测食品添加剂有较好的普适性，为有机污染物及化学分子的痕量检测提供了更有效的方式。
文献链接： X. L. Zhang, X. H. Xiao*, Z. G. Dai*, W. Wu, X. G. Zhang, L. Fu, C. Z. Jiang, Ultrasensitive SERS Performance in 3D “Sunflower-like” Nanoarrays decorated with Ag Nanoparticles, Nanoscale 9 (2017) 3114-3120;
