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       表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)技術(shù)在物質(zhì)分析上具有指紋識(shí)別、高靈敏度、無損、水干擾小等優(yōu)點(diǎn)，已在化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、食品、環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但目前關(guān)于SERS光譜的重復(fù)性和定量化及其化學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)和機(jī)理問題，仍是研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，因?yàn)檫@與分子在金屬納米材料上的吸附方式和作用密切相關(guān)。

反向思考，是否可通過對(duì)SERS光譜測量與分析研究分子在金屬納米材料上的吸附方式和作用？中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所研究員黃青課題組對(duì)此開展研究并取得進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于J. Phys. Chem. C（DOI:10.1021/acs.jpcc.8b00949）。

他們以典型的半胱氨酸-金溶膠體系為研究對(duì)象，利用分子-金屬團(tuán)簇理論模型結(jié)合SERS光譜解析氨基酸在金屬納米顆粒表面的吸附結(jié)構(gòu)。通過量子化學(xué)理論計(jì)算，建立了半胱氨酸在金屬納米顆粒吸附的各種可能的分子-金屬團(tuán)簇模型；結(jié)合實(shí)驗(yàn)SERS光譜解析，得出半胱氨酸為Anti(II)旋轉(zhuǎn)構(gòu)象，即分子以硫原子和氧原子與基底形成化學(xué)鍵吸附到金表面。

此前，黃青課題組利用SERS方法，針對(duì)堿基在金/銀納米顆粒表面吸附方式進(jìn)行研究，得到堿基以N7H異構(gòu)體的N3和N9位氮原子雙配位的方式吸附在金/銀納米材料表面的結(jié)果（J. Phys. Chem. C, 121, 2017, 9869-9878）。國外同行針對(duì)SERS研究中腺嘌呤在金/銀表面吸附這個(gè)未解難題發(fā)表綜述文章(ChemPhysChem，DOI:10.1002/cphc.201701223)，對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行引用、評(píng)述，并評(píng)論“我認(rèn)為你們的工作對(duì)這個(gè)富有爭議的話題是一個(gè)重要的貢獻(xiàn)”。

以上工作出發(fā)點(diǎn)以典型氨基酸分子-半胱氨酸和堿基分子-腺嘌呤為例，利用SERS實(shí)驗(yàn)，結(jié)合這種密度函數(shù)理論（DFT）量化計(jì)算方法解析它們?cè)诮饘偌{米材料表面吸附方式和作用機(jī)理。這種方法可推廣應(yīng)用于解決其他生物分子在金屬表面吸附的問題。基于DFT計(jì)算和SERS測量相結(jié)合方法，有助于解決SERS光譜定量化問題，解析SERS化學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)和機(jī)制。

此項(xiàng)研究工作得到國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金以及國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃等項(xiàng)目資助與支持。