金属多孔微纳超结构可控自组装及在表面增强拉曼光谱的应用研究

It's very important to study the controllable selfassembly of nanoporous metals due to their wide application, and current methods need complex manipulation and can't be controlled easily. This project aims to probe the selfassembly of micro/nano superstructures of porous metals and their applications in surface enhanced Raman scattering(SERS).To probe the thermodynamics and dynamics growth mechanism of the unit of the nanoporous metal, construct the best fabrication and design of the unit and mild selfassembly strategy for the micro/nano superstructures of porous metals, reveal the relations between the structure and SERS effect, and finally a SERS sensor based on the micro/nano superstructuresof porous metals will be designed for the sensitive detection of the circulating tumor cells (CTC) in peripheral blood. The main points are descipted as below:(1) the design and characterization of the micro/nano superstructures of porous metals;(2)the controllable selfassembly of the micro/nano superstructures of porous metals; (3)the relations between the structures and SERS effect;(4)the construction of the SERS sensor based on the superstructures of porous metals and fast detection of CTCs. The project can provide theoretics and technical support for the controllable selfassembly of the superstructures of the porous metals and their applications in SERS.

金属多孔纳米结构应用广阔，对其可控自组装进行研究具有重要意义，现有自组装方法存在操作复杂、结构不易控制等不足。本项目拟以金属多孔微纳超结构在表面增强拉曼光谱的应用为目标，对其可控自组装与构效关系开展研究。探索金属多孔纳米结构单元的生长热力学与动力学机制，建立最优化结构单元的设计合成方法和微纳超结构的温和可控自组装策略。揭示金属多孔微纳超结构与表面增强拉曼传感性能之间的构效关系，设计基于金属微纳超结构的表面增强拉曼传感器件并用于循环肿瘤细胞的痕量探测。主要研究内容包括：（1）金属多孔微纳超结构的设计合成与结构表征；（2）金属多孔微纳超结构的可控自组装机制；（3）金属多孔微纳超结构与表面增强拉曼效应的构效关系；（4）基于金属多孔微纳超结构的表面增强拉曼传感器件设计与循环肿瘤细胞的快速检测。本项目预期成果将为金属多孔微纳超结构的可控自组装及其在表面增强拉曼传感中的应用提供理论基础与技术支撑。

在国家自然科学基金委的大力支持下，按照项目任务书的要求开展了相关研究工作，完成了计划书中所有研究任务，在金属多孔微纳超结构的设计合成及其在表面增强拉曼光谱传感器上的应用等研究领域均达到预期的研究目标。针对传统功能材料的结合容量低和结合动力学慢的困难，我们综合运用材料科学、仿生学和纳米技术的手段，成功制备出性能优越的功能纳米结构。在此基础上，进行金属多孔结构的功能化设计与控制合成，探索多孔结构与表面增强拉曼增强效应的内在关联，研究基于功能化金属多孔结构的拉曼散射技术并验证其对超痕量目标分析物的检测灵敏性和可靠性等。发展了新的纳米结构设计和功能化修饰技术，合成出具有超强拉曼敏感信号输出的特定纳米结构体系，为发展基于多孔金属纳米结构的检测传感器提供了理论和技术支持。上述研究工作取得了多项具有创新性和系统性的研究成果，部分研究工作已经在高影响力的国际期刊J. Am. Chem. Soc.（影响因子13.038，一篇）、Small（影响因子8.643，一篇）、Anal. Chem. (影响因子5.695，一篇) 、Chem. Commun. (影响因子6.378，一篇)、Nanoscale (影响因子6.233，三篇)、Sensors and Actuators B: Chemical （影响因子5.401，一篇）、Stem Cells（影响因子5.599，一篇）、Scientific Reports （影响因子4.259，一篇）、CrystEngComm. (影响因子3.858，四篇)、RSC Advances (影响因子3.289，六篇)、Journal of Colloid and Interface Science(影响因子3.858，一篇)等上发表论文20篇。本项目的完成为发展新一代敏感材料和检测器件及基于SERS的快速检测提供新手段,为发展化学生物环境传感器提供理论基础与技术支撑。