铑纳米颗粒修饰铝基平台的紫外表面增强拉曼光谱监测生物分子等离子体光降解机制研究

为解决UV-SERS（紫外表面增强拉曼光谱）中生物分子检测灵敏度低和光降解问题，研究人员开发了铑纳米颗粒（Rh NPs）修饰的铝（Al）基等离子体平台。通过优化分子沉积方法和325 nm激发波长，发现Rh NPs可增强SERS信号并减缓光降解，同时揭示了热载流子诱导的腺嘌呤氧化机制。该研究为UV-SERS在生物分子检测中的应用提供了新策略。

在紫外（UV）光谱范围内，表面增强拉曼光谱（SERS）技术因能显著提升生物分子的检测灵敏度而备受关注。然而，传统SERS平台多基于金（Au）和银（Ag）等贵金属，其应用通常局限于可见/近红外光谱区。此外，生物分子在紫外区的光降解问题严重制约了检测的稳定性。为解决这些挑战，Yanqiu Zou、Denis Garoli等团队在《Nanoscale Advances》发表研究，通过铑纳米颗粒（Rh NPs）修饰的铝（Al）基平台，系统探究了UV-SERS性能及光降解机制。

研究团队采用电化学置换法（GD）在粗糙铝表面制备不同覆盖度的Rh NPs（6.46%和11.49%），结合325 nm激光激发，对比分析了腺嘌呤和牛血清白蛋白（BSA）的SERS信号与光降解动力学。通过扫描电镜（SEM）表征形貌，COMSOL模拟电磁场分布，并利用时间分辨光谱监测分子降解过程。

结果与讨论

1. 1.

   样品表征与电磁场增强：SEM显示Rh NPs呈半球形分布，模拟表明其与Al基底的间隙区域存在强局域电场（"热点"）。

2. 2.

   腺嘌呤UV-SERS性能：Rh NPs覆盖度与SERS信号强度正相关（731 cm⁻¹峰强度提升81%），且显著延缓光降解（时间常数从98.83 s增至203.98 s）。

3. 3.

   氧化效应分析：在1000–1100 cm⁻¹区间观察到腺嘌呤氧化产物特征峰，表明Rh NPs通过热载流子（hot carriers）催化分子氧化为氮杂嘌呤（azupurine）。

4. 4.

   BSA检测应用：非共振条件下（325 nm），平台成功捕获BSA的1606 cm⁻¹（酰胺I带）和1064 cm⁻¹特征峰，且Rh NPs修饰样品表现出更复杂的信号动态变化。

结论与意义

该研究证实Rh-Al复合平台可通过双重机制提升UV-SERS性能：一是电磁场增强效应，二是热载流子介导的分子稳定作用。尤其值得注意的是，Rh NPs在减缓光降解的同时，可能通过氧化反应改变分子结构，这为理解等离子体-分子相互作用提供了新视角。未来，该技术可拓展至"纳米颗粒-镜子"结构（NPoM），用于DNA等生物分子的高灵敏度检测。研究不仅推动了UV-SERS技术的发展，也为设计抗光降解的等离子体传感器奠定了理论基础。