本科生共一！佛山大学，今年首篇Nature子刊诞生！

研究背景

表面增强拉曼散射（SERS）是一种灵敏度高、速度快的检测技术，因其在医疗诊断、生物监测和残留检测等领域的重要应用，成为了研究热点。然而，传统基于贵金属等离子体的SERS平台存在成本高、生物相容性差、稳定性不足等问题，限制了其在实际应用中的广泛推广。相比之下，无等离子体SERS平台因其优异的生物相容性、高稳定性和低成本，吸引了科学家的广泛关注。然而，目前无等离子体SERS平台的检测灵敏度仍然不足，难以满足医学诊断中对生物标志物的精准检测以及食品中污染物的痕量识别等需求。

成果简介

有鉴于此，佛山大学赵仕龙、滕长久、陈文骏联合中国科学院深圳先进技术研究院和深圳理工大学成会明院士团队、丁宝福；清华大学深圳国际研究生院刘碧录教授等人合作在Nature Communications期刊上发表了题为“Mechanochemical activation of 2D MnPS₃ for sub-attomolar sensing”的最新论文。研究者提出了一种基于二维MnPS₃的力化学策略，用于构建具备超高灵敏度的无等离子体SERS平台。通过制造二维MnPS₃的皱纹结构显著提升了光与物质的相互作用，同时结合化学功能化技术，以组胺二盐酸盐分子作为交联剂，促进了分析物与材料之间的电荷转移。

研究表明，该SERS平台实现了对亚甲基蓝分子10⁻¹⁹M的检测限，具备单分子检测能力。这一结果不仅为设计高性能无等离子体SERS平台提供了理论指导，还为二维材料的功能化及其在生物传感、食品安全和环境监测中的应用开辟了新路径。

本科生桂佳宝为共同第一作者。

研究亮点

1. 实验首次采用力化学策略结合皱纹结构与化学功能化，构建了基于二维MnPS₃的无等离子体SERS平台，实现了单分子级别的检测，最低检测限达到了10⁻¹⁹M（亚阿摩尔级）。

2. 实验通过在二维MnPS₃中引入皱纹结构，显著提高了其SERS性能，能够检测微量的亚甲基蓝（MB）分子。实验表明，皱纹结构通过增强光与物质的耦合作用提升了检测灵敏度，同时保证了材料在机械变形条件下的稳定性。

3. 实验进一步通过化学功能化策略，用组胺二盐酸盐（HD）修饰皱纹MnPS₃，进一步降低了检测限。研究发现，HD分子的氨基作为交联剂，显著促进了MnPS₃与吸附分子之间的电荷转移，从而强化了SERS的化学增强（CE）机制。

4. 通过原位SERS实验验证了提升光物质相互作用和电荷转移的具体机制。二维MnPS₃中的丰富空位作为分析物的捕获位点，同时，皱纹和化学修饰协同作用，为实现超高灵敏度的无等离子体SERS平台提供了可能性。

图文解读

图1：用于设计SERS平台的力化学概念。

图2：SERS的电荷转移机制。

图3：SERS的光物质相互作用机制。

图4：SERS的化学功能化机制。

结论展望

本文提出了一种基于二维MnPS₃的无等离子体SERS平台，并通过力化学策略实现了亚阿摩尔级的分子检测能力。该研究通过引入褶皱结构优化光与物质的相互作用，显著提升了SERS性能。这一机制为提高SERS平台的灵敏度和检测能力提供了新的思路。其次，化学功能化，尤其是使用HD分子进一步激活二维MnPS₃的SERS效应，证明了通过分子设计来增强材料电荷转移路径的有效性。

值得注意的是，本文成功地实现了在极低浓度下（10⁻¹⁹ M）检测到MB分子，这意味着二维材料在分子级别的高灵敏度检测中具有广阔的应用前景。最后，研究展示了在无等离子体环境下，通过精细调控二维材料的结构和化学性质，突破了传统SERS平台的性能瓶颈。这一发现不仅为未来的SERS探测技术提供了新的方向，也为二维材料的性能调控和基础物理研究提供了有力支持，具有重要的科学意义和技术应用价值。

文献信息

Chen, W., Gui, J., Weng, X. et al. Mechanochemical activation of 2D MnPS₃ for sub-attomolar sensing. Nat Commun 15, 10195 (2024).

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