高可靠度表面增強拉曼散射感測器

相對於紅外線光譜，最近拉曼振動光譜在各領域的有效應用已為研究者廣為認知， 拉曼光譜不僅可方便地同步量測固-液界面之現象，更可運用於具高表面積多孔性、粗 糙之表面，而後者是其他表面技術很難做到的。隨著表面增強拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering; SERS)技術的發展，使得拉曼訊號的增強不僅來自貴金屬(金、銀與銅) 粗糙的表面積增加，亦包括來自貴金屬奈米粒子的表面電漿共振效應，因此拉曼訊號可 大幅地增強至 1014 倍。另外配合雷射光源的發展技術，應用表面增強共振拉曼光譜 (Surface-enhanced resonance Raman spectroscopy; SERRS)，則可將拉曼光譜的增強因子 (Enhancement factor; EF)再顯著地往上提升，使其成為各領域探測分子，甚或單分子檢 測的有利工具，然而高增強因子會伴隨光譜低可靠度的缺點。另一方面，現有之電化 學(electrochemistry; EC)技術有著非常高之靈敏度，使我們能偵測界面上僅有幾層分子或 原子的變化，但除非使用微電極或超微電極，否則時間的解析度非常差。而同步 EC-SERS 技術的應用，則可將 SERS 技術的發展更上一層樓。文獻中有關改善 SERS 中增強因子 的論文雖多，但 SERS 技術的廣泛應用卻發展緩慢，其原因在於高 SERS 強度光譜的可 靠度低，這將限制其在感測器上的運用發展。現今有很多發展出的技術可以製備具 SERS 活性的粗糙金屬基材，其中利用傳統電化學氧化-還原循環(Oxidation-reduction cycles; ORC)程序，更可有效控制基材表面的粗糙度與均勻再現性。 我們實驗室在以電化學法為基礎製備奈米貴金屬與具 SERS 活性金屬基材上，已有 豐富之研究經驗與不錯之研究成果，最近正發展聲波電化學脈衝溶解-沉積循環程序 (SEPDDC)製備具 SERS 活性基材，初步研究結果顯示具有很高的 SERS 增強因子，另 外以奈米貴金屬照光處理水所製備之小分子團水，對玻璃基材表面微處理後所得之 SERS 活性基材，具有高度之 SERS 再現性，相關技術值得進一步發展應用。本計畫擬 以電化學為基礎，結合相關 SERS 活性基材製造技術與 SERS 熱點增強策略，發展兼具 高 SERS 增強因子與高 SERS 光譜可靠度之基材，並發展 SERS 感測器。第一年發展 SEPDDC，並利用小分子團水表面微處理技術，發展具高 SERS 增強因子與高 SERS 光 譜可靠度之基材。第二年針對含與不含硫或氮元素之分析物，發展新的 SERS 熱點增強 策略，降低分析物之偵測極限濃度；結合同步 SERS 量測，探究分析物之結構變化。第 三年將發展出可靠 SERS 光譜應用於感測器，如前列腺癌、關節液中單鈉尿酸鹽感測。 (1) 建立聲波電化學脈衝溶解-沉積循環製備高 SERS 強度與高光譜可靠度的關鍵技術 (2) 建立利用小分子團水表面微處理技術增進 SERS 基材再現性之相關機制 (3) 建立電化學 SERS 樣品製備策略以增強相關 SERS 熱點與光譜可靠度的關鍵技術 (4) 發展同步 SERS 量測技術以有效降低分析物之偵測極限濃度 (5) 結合發展出高 SERS 增強因子與高光譜可靠度技術應用於感測器 (6) 將 SERS 技術應用於癌細胞感測器，發展 EC-SERS 技術應用於無標定生化感測器