近期，上海交通大学胡永祥教授团队提出了一种飞秒激光诱导纳米粒子阵列（NPA）植入柔性基底的新颖方法。该方法通过调节激光偏振方向，实现了金NPA在柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜上的均匀正向转移，并将其精确集成到微流控芯片中用于SERS检测。相关研究以“Femtosecond laser-induced nanoparticle implantation into flexible substrate for sensitive and reusable microfluidics SERS detection”为题目，发表在期刊《International Journal of Extreme Manufacturing》上。

本文要点：

1、本文提出了一种新颖的飞秒激光诱导纳米粒子植入技术，用于在柔性聚合物膜上制备均匀的金纳米粒子阵列（NPA），并将其精确集成到微流控芯片中进行表面增强拉曼光谱（SERS）检测。

2、植入的Au-NPA条带在检测孔雀石绿（MG）溶液时显示出显著的电磁场增强，增强因子达到9×10^8，检测限低于10ppt，远优于大多数激光制备的SERS基底。

3、此外，Au-NPA条带在经过多次物理和化学清洗后展现出优异的可重复使用性，这归功于激光植入NPA在柔性基底中的牢固嵌入。

4、为了展示Au-NPA的性能，建立了SERS微流控系统来监测MG/NaClO反应物之间的在线氧化反应，有助于推断反应路径。

5、该纳米粒子植入方法相比直接激光结构化技术，在SERS检测性能、基底稳定性和应用前景方面表现更佳，为微流控系统提供了高性能、低成本的SERS检测解决方案。

全文总结/概括：

飞秒激光诱导纳米粒子植入技术如何提高SERS检测的灵敏度？

1、电磁场增强：飞秒激光诱导的纳米粒子阵列（NPA）在SERS检测中实现了显著的电磁场增强，增强因子达到9×10^8，这极大地提高了对化学和生物分析物的检测灵敏度。

2、均匀的NPA转移：通过激光诱导技术，实现了金NPA在聚合物膜上的均匀正向转移，保证了SERS检测的一致性和重复性。

3、低检测限：利用该技术能够实现低于10ppt的检测限，这意味着可以检测到极低浓度的物质，显著提高了检测灵敏度。

4、优化的纳米粒子设计：通过调整纳米粒子的几何参数（如直径、嵌入深度和排列间距），可以优化局部表面等离子体共振，进一步提高电磁场的增强效果。

该研究中提出的SERS微流控系统在食品安全检测中的应用潜力如何？

1、快速检测：微流控SERS系统能够实现对食品污染物的快速检测，这对于食品安全监控至关重要。

2、高灵敏度：由于飞秒激光技术提高了SERS的灵敏度，该系统能够检测到更低浓度的有害物质，提高了食品安全检测的准确性。

3、可重复使用：植入的Au-NPA条带展现出优异的可重复使用性，这意味着系统可以在多次检测中使用，降低了检测成本。

4、原位反应监测：通过集成到微流控芯片中，SERS条带能够监测化学反应过程，这对于追踪食品中可能发生的化学变化非常有用。

5、集成化平台：微流控SERS系统提供了一个集成化平台，可以同时进行多种检测，有助于实现多参数的食品质量控制。

6、便携性和现场检测：微流控设备通常具有便携性，这意味着SERS系统可以用于现场快速检测，为食品安全提供即时保障。

图1.利用飞秒激光在柔性基底上植入纳米粒子阵列。

图2.调谐激光偏振对打印纳米颗粒阵列形貌和偏差的影响。

图3.低浓度溶液的表面增强拉曼散射检测。

图4.纳米粒子阵列的等离子场增强。

图5.纳米粒子阵列用于SERS的可靠性测试。

图6.氧化过程中浓度变化的原位监测。

原文链接：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad48e9