SERS技术的检测模式与应用

在SERS的实际检测中，我们通常会有两种检测模式，一种是直接检测模式，一种是间接检测模式，如图150.5所示。

图150.5　直接检测模式与间接检测模式

对比传统检测，直接检测模式是一种无标记的检测模式，间接检测模式是一种有标记的检测模式。无标记拉曼检测的信号来自于分子自身的拉曼信息，所以对于这种分析来讲，如果体系中没有某种分子，就一定检测不到这种分子的信号，不存在假阳性的问题。对于间接检测模式，我们测得的信号是标记在目标检测分子上的另一个分子的信号。这种检测模式存在的问题是，即便没有目标分子，该信号也存在于这个体系中，这样就存在假阳性的问题，到目前为止，消除这样的假阳性还是一个比较大的挑战。对于直接检测体系来讲，检测方法有两类，一类是溶胶检测方法，一类是基底检测方法，如图150.6所示。

溶胶检测方法即将待测物与溶胶进行混合，混合后纳米粒子聚合起来，就可以产生我们想要的信号。对于基底检测方法，我们需要制备高度有序的基底，才能检测到有用的信号。在实际应用中，真正有意义的是金和银的体系，包括石墨烯在内的一些半导体材料因为增强效应太弱，对于检测并没有实际的意义，通常这些研究是为了研究材料自身一些不可忽略的性质。

在实际的SERS中，我们会经常碰到下面几个体系：一种是分子与表面的作用非常强的体系，分子始终在材料表面上，表面的覆盖率很高，这种体系中可以测到比较好的信号；另一种体系中，分子与表面的作用较弱，所以在低浓度时，测得的信号就会受到其他分子对信号的干扰，其他物质占据表面的位点，导致在一定的浓度下，很难检测到目标分子的信号；还有一种体系是分子与表面的作用非常弱，近乎是弹性碰撞，分子碰到表面就会弹出去，这种材料的有效覆盖率是非常低的，对这种体系的检测难度非常大，就像在水中进行SERS实验时，我们始终检测不到水的信号，在甲醛中进行SERS实验时，我们始终检测不到甲醛的信号，如图150.7所示。(www.xing528.com)

图150.6　溶胶检测方法与基底检测方法

图150.7　动态过程与动态检测

实际实验中存在各种各样的问题，比如10-8～10-7的瓶颈检测浓度，在这一浓度范围内，分子不足以占据表面的位点，杂质分子在表面停留。低浓度的另一个问题是很难诱导分子与分子之间的团聚来有效地检测到信号。在低浓度体系下，如果目标分子和杂质分子都没有到相应的位点上，我们只能检测到材料的背景信号；如果目标分子到了相应的位点上，就能检测到目标分子的信号；如果杂质分子上去，就能检测到杂质的信号。在分子与材料相互作用很弱的体系中，会有一种很有意思的现象，如果分子停到表面上，就能检测到信号，如果分子游离出表面，就不能检测到信号。这样，使用非常短的采集时间，我们可以检测到很强的信号，随着积分时间增加，信噪比越来越差，以致检测不到信号，这就是信号和背景比值的问题。

对于检测体系来讲，我们希望能弱化背景，提高信号，得到比较高的检测灵敏度。解决方法是在这种系统中加入一点氯离子，氯离子能诱导提高分子和表面的相互作用。这时候，因为分子始终在材料表面，提高积分时间就一定能提高检测灵敏度。想要检测目标分子，还要想办法把目标分子抓到表面上来。可以通过生物间的相互作用，甚至利用大分子筛选出能够到表面上来的分子。最终的目的是让待测分子在表面上停留足够长的时间，能够让我们进行分子检测。