創新快速高靈敏高穩定性低成本的SERS感測基板

表面增強拉曼散射光譜(SERS)被廣泛用於食安、環安、健檢、生醫等領域，是一種靈敏的分析工具，但傳統技術再現性差或耗時且製程繁複。奈米孔結構的陽極氧化鋁(AAO)具有製造方便、容易控制等優點，但是傳統的AAO當SERS基板通常使用長時間陽極製程(4-27小時)及昂貴的高純度鋁(99.99%或以上)。本團隊研發簡單且具有成本效益的方法，使用低純度鋁(每塊1元新台幣)快速製造AAO做為SERS的基板，製程快速簡單(<30 min)、成本低廉，且有優異的靈敏與穩定性，不須傳統SERS基板需塗覆金或銀等金屬奈米顆粒，在商業大量生產與使用有巨大的優勢，並且已經取得專利保護。

本技術重要成果，將MB滴在AAO-SERS基板上，並以雷射激發讀取光譜所量測結果和提出的SERS增強機制示意圖。

表面增強拉曼散射(SERS)被廣泛用於食安、環安健康等領域，是一種很有潛力的分析工具。傳統技術使用金屬奈米粒子(MNPs)做為拉曼增強的方法，但是MNPs不易控制，因此再現性很差且耗時並製程繁複。陽極氧化鋁(AAO)具有製造方便、容易控制等優點，但是現有的AAO做為SERS基板的技術通常是使用長時間的陽極氧化製程(4-27小時)、使用昂貴的高純度鋁(99.99%或以上)，並且仍以金屬奈米粒子做為熱點，始終受到金屬奈米粒子分布不均勻的限制，在實際上仍然難以投入應用。

本技術團隊研發一種全新的機制來增強表面拉曼光譜，利用金屬膜塗覆在AAO孔洞上產生金屬孔洞以增強表面拉曼光譜，相較於傳統的金屬奈米粒子有更高的穩定性與均勻性。如圖1所示，根據COMSOL^®模擬的結果表示，電場增強的區域集中在AAO孔洞的周圍，因此擴大AAO的孔洞可以增加AAO孔洞的周長，增加熱點區域，並且會加強孔間隙的局部電場，而孔洞的尖端部分也會進一步增加表面拉曼光譜。

圖1. COMSOL^® 模擬AAO電場，其電場最強處會發生在 (a)單一個孔洞的周圍 (b)兩個孔洞之間的間隙 (c)橢圓孔洞的尖端處

本技術利用AAO的孔洞形成的金屬奈米孔洞，利用亞甲基藍做為探針分子可以達到1 nM的檢測極限，具有0.9406的決定係數(R^2)，良好的線性度可以用做定量分析。再經由適當製成參數調控，可進一步測得0.1 nM之MB之極低檢測極限。此外在1.5 cm²的面積上有良好的均勻性 (標準差RSD <10%)。

相較於傳統的兩階段陽極氧化使用長時間的製程(4-27 hrs)，並且需要保持低溫環境，本技術簡單且具有成本效益，利用短時間的一階段複合式脈衝陽極氧化在常溫下使用便宜的低純度鋁快速製造AAO並且濺鍍白金做為SERS基板，不但製程快速簡單(~30 min)、有優異的靈敏度與穩定性，成本低廉 (高純度鋁的千分之一)，本技術亦發表於Applied Surface Science高點數高影響因子期刊 (IF:7.392, Rank:1/19)，並被選為期刊封面。在日後商業化生產與使用有巨大的優勢，可以應用於許多領域:

*食安檢測：

亞甲基藍應用在養殖漁業的消毒殺菌，然而會殘留在魚肉表面甚至體內，食用後可能導致噁心、嘔吐甚至休克，本技術檢測亞甲基藍低至不會對人體造成影響的濃度，此外，亞甲基藍可用以檢測瘦肉精。並且，此技術亦可應用於檢測美耐皿餐具等釋放出來的三聚氰胺至極低濃度，對於食安檢測有極大幫助。

*環安檢測：

亞甲基藍可做為重金屬如鉛、鎘的指示劑，與環境中的重金屬結合，對於環境廢水污染的快速檢測或是工廠廢水排放標準檢測有快速靈敏低成本的優點。

*亦可應用在其他物質，例如農藥、塑化劑、甚至人體健康指數等進行快速檢測，此類非直接接觸的快速檢測於未來將有巨大的潛在市場。