近日,我院田中群研究团队在Chemical Society Reviews期刊上发表题为“Surface-enhanced Raman spectroscopy: a half-century historical perspective”的综述文章,深入回顾了五十年来表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)在方法学方面的重要突破以及未来发展机遇。
自Fleischmann教授等人于1974年发现SERS现象以来,这项技术在半个世纪的发展历程中不断突破创新,发展成为一项高灵敏的分子检测和分析工具。SERS的出现为传统拉曼光谱技术带来了革命性突破:通过显著提升信号检测灵敏度,首次实现了单分子水平的检测能力,从而大幅拓展了分子分析的应用边界,在科学研究和工业领域产生了深远影响。
本文以方法学为主线,将SERS在过去50年的发展历程划分为四个关键阶段(图1):奠基期(1970年代中期至1980年代中期)、低谷和持续探索期(1980年代中期至1990年代中期)、纳米驱动爆发期(1990年代中期至2010年代中期)和近10年进展(2010年代中期至今)。在这一发展进程中,SERS与纳米科学以及等离激元光子学的进展紧密相连,其实验和理论基础的确立凝聚着众多科研先驱者的智慧和贡献。特别值得注意的是,SERS技术在发展过程中不断衍生出新的分支,如针尖增强拉曼光谱(TERS)和壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)等,这些创新方法不仅丰富了SERS家族的内涵,更为克服技术瓶颈提供了全新的解决方案,显著扩展了材料、形貌和分子的适用范围,推动SERS发展成为一项具有广泛应用前景的多功能技术。

自SERS诞生以来,SERS的不同发展方向和聚焦点
回顾SERS半个世纪的发展历程,其成功之路深刻诠释了科学进步的本质:重大突破往往源于科学家持续不懈的探索以及跨学科合作的协同作用。在这条发展道路上,先驱们展现出了可贵的品质:积极拥抱新兴科技,勇于突破传统界限;促进跨领域合作,将看似不可能的设想转化为现实;即便在技术发展的低潮期,依旧坚持不懈地探索。
这篇综述不仅是对SERS领域过去50年发展的系统总结,更是对SERS未来发展的战略思考。展望未来,SERS技术的发展方向已然清晰(图2):通过优化基底设计提升检测性能,结合人工智能等前沿技术拓展分析能力,并加速推进在医疗诊断、食品安全和环境保护等领域的实际应用。五十年的发展历程有力地证明了:科学创新不仅需要灵光乍现的顿悟,更需要持之以恒的探索精神。正如“机遇永远留给有准备的人”所揭示的,唯有在坚持中不断创新,方能抓住科技发展的机遇。作为一种充满生命力的分析工具,SERS将在未来的科学探索中继续绽放异彩,书写新的篇章。
田中群院士为论文的通讯作者,我校电子科学与技术学院易骏副教授、集美大学海洋信息工程学院尤恩铭副教授和我院胡仁高级工程师为论文的共同第一作者,吴德印教授、刘国坤教授以及田中群团队成员参与了论文的讨论与修改,国内和国际上数十个课题组也参与丰富了文章的内容。该工作得到国家自然科学基金(91427304、21533006、21321062、21522508、20021002、21473140、22272140、22202162、22272139、22032004、22372072)、国家重大科学研究计划项目(2015CB932300)等项目的持续长期资助和支持,也得到固体表面物理化学国家重点实验室和嘉庚创新实验室等的支持。
论文链接:https://doi.org/10.1039/D4CS00883A