2020年5月4日，意昂4平台醫療機器人研究院院長楊廣中教授作為通訊作者的研究論文《Fiber‐Optic SERS Probes Fabricated Using Two‐Photon Polymerization For Rapid Detection of Bacteria》以封面論文形式在《Advanced Optical Materials》雜誌上發表。

該研究提出了一種通過簡單🤷🏿‍♀️、精確與有效的雙光子聚合（Two-photon polymerization👩🏿‍🍳，2PP）技術製備表面增強拉曼光譜（Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）的新型光纖探針🚴🏼，在光纖端面通過雙光子聚合技術製備了納米結構SERS陣列並優化了陣列的設計、幾何形狀和排布🤽🏼‍♀️，以羅丹明6G為探針分子，檢測極限可達10^-7M🈂️，SERS光纖探針增強因子可達1300，並展示了可快速檢測活大腸桿菌的能力🤚🏿。此項研究具有高可控性和可重復性📒，非常適合大規模製備和生產等特點🏊🏽‍♂️🥓，是使用光纖SERS探針檢測未標記活細菌的首次報道。

在此項研究中，激光經由光纖入射到SERS陣列🦐，激發表面等離子體激元（Surface plasmon polaritons, SPPs）並在陣列的納米縫隙中產生熱點（hotspots）🧏🏿‍♀️，從而增強拉曼信號，再經由光纖收集並傳回光譜儀進行探測🤞🏻。拉曼光譜（Raman spectroscopy）和紅外光譜同屬於分子振動光譜💢，可以反映分子的特征結構，拉曼光譜與SERS技術在表面科學以及生物醫學等領域得到廣泛應用,成長為一種非常強大的分析工具🕺🖕🏻。

為了優化雙光子聚合技術的製備流程以及SERS性能，該研究論文還探索了從二維到三維的多種微納結構陣列，並詳盡優化了六角形排布的體元素間距👫🏼🧑‍💼，基於SPP波矢量與衍射光波矢量間的動量守恒🕒🏃🏻‍♂️‍➡️，在理論上計算了最優體元素間距，並在實驗中得以驗證👂🏽，從而使SERS陣列實現最佳的信號增強與最好的傳感性能🥭。本研究通過掃描電子顯微鏡圖像、光學顯微圖像與拉曼強度分布圖像，充分證實了通過雙光子聚合技術製備SERS六角形排布體元素陣列的優勢🥪，如高可重復性高與一致性。產生SERS 熱點的兩個常用途徑是化學合成與傳統微納製備工藝🏂🏼，化學合成方法需金屬離子的化學還原與在溶液中納米粒子的生長與修飾👩🏻‍🦼，傳統微納製備工藝👳🏿‍♀️💪，如光刻、電子書刻蝕、聚焦離子束刻蝕等製備方法🔹☺️，製備出的結構在一致性、可控性♞、可重復性🤷🏼‍♀️、製備效率以及製備流程復雜性上具有挑戰，對納米結構間距控製得不理想，結構在端面分布也不均勻🖕🏽，更重要的是🍖，製備後有毒的殘留物質極大地限製了其在醫學上的應用。

此研究使用的雙光子聚合是一種無掩膜🧚🏽📿、微尺度的3D打印技術，分辨率可達到數百納米，通用性很高🈷️，非常適用於基於微小尺度基底的製備，尤其在可在光纖端面製備復雜微小結構中發揮重要作用👩🏽‍🦲，雙光子聚合技術已在微納光子學🧥、微機器人等研究領域得到了越來越多的應用。該論文的一大亮點在於🕵🏼‍♀️，采用基於SERS的熔融石英平板基底和光纖探針首次對未標記活大腸桿菌實現了2.5ms和1s的快速檢測，這一研究成果表明新型光纖探針在體內診斷等方面有巨大的應用前景。

該封面論文 (Adv. Optical Mater. 2020, 8, 1901934) 鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202070035

作者🕢🦸🏿‍♂️： 陳博💂🏼，張悅，鄔崇朝