研究亮点

1. 受到分子印迹的启发制备了可以与病毒颗粒很好匹配的体增强拉曼散射基底。

2. 该基底用于捕获病毒颗粒的小孔直径可以根据病毒的尺寸进行设计。

3. 该体增强拉曼散射基底把拉曼信号增强区域从纳米锥孔的内表面扩展到纳米锥孔的整个孔腔内，病毒颗粒的拉曼信号完整性和再现性得到了极大的改善。

病毒检测研究现状及问题

病毒可以引起一系列严重的疾病，如获得性免疫缺陷综合症或艾滋病，以及埃博拉病毒引起的埃博拉出血热或EBHF等。因此，对病毒的灵敏检测和准确识别对于疾病监测和临床治疗至关重要。与传统的检测病毒的方法如荧光抗体检测、酶联免疫吸附试验和聚合酶链式反应等技术相比，表面增强拉曼散射(SERS)因为其操作简单，快速，灵敏，高分辨率，以及对化学结构的指纹识别等优点，已受到多个行业的普遍认可。所以，利用SERS基底用于病毒的检测受到人们的广泛关注。然而，目前已报道的用于检测病毒的SERS基底依然面临一个严峻的挑战，即SERS基底的敏感区域（即“热点”区域，经常存在于贵金属纳米颗粒之间小于10 nm的间隙处）的尺寸和病毒的尺寸（几十到几百纳米）极度不匹配，只有进入到“热点”区域部分的拉曼信号才能被检测到，这种情况下，很难获得完整的和高重复性的病毒的拉曼信号，这几乎不能用于准确识别一个完整的病毒。为了实现基于SERS的病毒检测，需要采取新的策略来收集病毒整体的SERS信息。

研究成果简介

有鉴于此，武汉大学肖湘衡教授、浙江大学杨士宽教授和武汉大学中南医院汪付兵教授受到分子印迹的启发，设计了一种新的具有体“热点”的体增强拉曼散射（VERS）基底。该基底由底部具有纳米锥孔的微米尺寸碗阵列组成，纳米锥孔的直径可以根据病毒的尺寸进行调节。

图1. (a) 传统SERS基底检测病毒；(b) VERS基底检测病毒；(c) VERS基底的制备流程。

要点1：把拉曼信号增强区域从纳米锥孔的内表面（即表面“热点”）扩展到纳米锥孔的整个孔腔内（即体“热点”）–一种新的拉曼信号增强方式

利用氧等离子体刻蚀机对双层聚苯乙烯球模板进行刻蚀，根据病毒的尺寸来控制刻蚀的时间。随后在刻蚀后的聚苯乙烯球模板上沉积100 nm的金膜。经过翻转以及去除聚苯乙烯球模板，从而获得体增强拉曼散射基底。进一步的FDTD模拟表明，强电磁场不仅存在于空心纳米锥的内表面，而且分布在纳米锥的中空区域。该基底不仅具有紧贴表面的“热点”(或表面“热点”)，而且还有远离表面的“热点”(或体“热点”)，而传统的SERS基底只有表面的“热点”。

图2. FDTD模拟(a)VERS基底和(b)传统基底的电磁场分布。

要点2：病毒颗粒信号的完整性和再现性

在检测类似病毒这种较大尺寸的分析物时，传统的SERS基底只能依靠表面的“热点”来感应病毒等大尺寸的分析物，而进入到VERS“热点”区域的检测物，它们贡献于SERS的表面积被极大的增强了。从而，病毒信号的完整性和可再现性获得大幅度提高。

图3. (a)和(b)分别为金纳米颗粒和VERS基底上检测的Ad5型腺病毒的拉曼光谱；

(c)和(d)两种基底上Ad5型腺病毒拉曼光谱的可再现性比较。

小结

该工作成功的解决了常规SERS基底在检测病毒时，病毒取向对拉曼信号不可重复性的影响。使用VERS基底，单个病毒的拉曼信号的完整性和重复性得到了极大的改善，这一成果在疾病诊断和监视，生物医学领域，以及临床治疗方面都具有重要的应用前景。该研究工作为SERS基底在检测大尺寸分析物方面提供了一种重要的思路和方法。

相关论文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201805516

                                                         通讯员：张新刚