当遇到拉曼和幸运分子 光谱创新便一路向前——《寻找光谱仪器创新的力量》系列约稿

在筹办今年第四届拉曼光谱网络会议时，仪器信息网的叶编就说要推出《寻找光谱仪器创新的力量》系列专栏，问我敢不敢写一篇。等发布约稿通知，我一看要讲光谱仪器创制和课题组成果转化案例，就不敢写了，因为没干过或没干成。本周叶编在微信问我“想起之前跟您的约稿，寻找光谱仪器创新的力量，还记得吗？”当然记得。和叶编认识于N年前的全国光散射学术会议，2018年上海师范大学承办第二届全国拉曼生物医学学术会议时，仪器信息网现场全程报道；在叶编策划下，仪器信息网至今举办了四届拉曼光谱网络会议，除了第一届没印象是否参加，第二届主持了《拉曼光谱在生命科学领域的应用》分会场，第三和第四届由上海师范大学与仪器信息网共同主办，每届邀请拉曼领域三十几位资深专家分享年度最新进展。特别是，疫情封控点燃了在线学术交流的热情，其中2022年第四届拉曼光谱网络会议的拉曼粉丝超一万，人气爆棚！和叶编真是老朋友了，怯怯地觉得必须盛情难却，只能勉为，谈谈自己与拉曼的缘分吧，虽然已在仪器信息网其它专栏里说过了，也是叶编约的稿。

上海师范大学杨海峰教授课题组

1997年，上海师范大学购置法国Dilor LabRamanII的激光共焦拉曼系统，液氮冷却CCD，暗电流小，灵敏度高。章宗穰先生说仪器是厦门大学田中群老师推荐的型号，他去匹兹堡参加仪器展时现场定购，由于我有长期红外光谱分析经验，希望我读他的硕士，开展相关的研究工作。果然仪器刚安装好，田中群老师就带着硕士生刘峰铭飞来上海做实验，期待硅基底有SERS，田老师还自己准直了光路，希望有更高的灵敏度。2002年，经章宗穰先生推荐，我去湖南大学攻读分析化学博士，湖大刚购置一台LabRamanII，所以我的硕士和博士学位都与一家法国仪器公司Dilor有关，这家公司后被Horiba并购了。我博士期间导师有三位，俞汝勤先生、沈国励先生和章宗穰先生，先生们学问渊博，待人亲切，教导学生都是授之以渔。俞先生起初希望我用化学计量学解析生物医药拉曼成像（Raman mapping）数据，当时畏难放弃了，错过了化学计量学。这个课题后由师妹林伟琦在蒋健晖老师指导下完成，药片活性成分分布拉曼成像化学计量学研究成果发表在Analytical Chemistry上。

寒假回上海，徒弟刘泓找我，想用拉曼光谱测植物提取物中的植酸含量，没成功。但我一眼就喜欢上了植酸，六元碳环上长了6个磷酸键，可以和所有的金属离子作用，而且来源植物易得，毒性与食盐相当。当时刚完成第一个博士论文工作，主要围绕电极表面自组装辅酶I分子吸脱附行为的原位拉曼光谱电化学研究，搞清楚了腺嘌呤环以2个N原子垂直吸附于表面，由于磷酸酯键弹性，烟酰胺环也会有弱吸附，文献中对此原有争议，论文后发表在Journal of Raman Spectroscopy上；2003年恰遇SARS疫情，我也逆行了一次，从上海返回湖大实验室，将植酸以单分子自组层组装到银表面，用电化学极化方法发现不同pH条件下获得的单分子层对电极缓蚀性能差异大，通过Raman mapping、原位拉曼光谱电化学实验和分子模拟等揭示了机理，即在特定pH下，植酸分子由5个磷酸酯键与银表面作用，形成致密的保护层。2004年，相关成果发表在Journal of Physical Chemistry B上；2005年湖大博士毕业后，回上师大建立课题组，主要的研究领域是有机小分子金属缓蚀机理拉曼研究，在国家自然科学基金支持下，发现植酸钙、植酸纳和植酸铜等对金属都有很好的缓蚀性能。

2008年，组里开始关注SERS在食品安全和环境分析领域的应用，是因为朱璇同学用植酸作为稳定剂合成了纳米银项链，SERS性能不错，加之我看到当时有几款市售的SERS基底卖得挺贵而且性能一般，也想着能发点基底财。王娜同学接着朱璇师姐的课题做，她也很聪明且勤奋心细，在合成过程中，不停取样测电镜，发现植酸在一定pH下沸腾时会自组装成纳米囊泡，作为纳米反应器可制备纳米银，SERS信号很强且由于纳米囊泡抓着银纳米粒子，在四个月里都很稳定。后又减弱还原剂的还原性，让纳米银慢慢长大，获得了2nm植酸层包埋的核壳纳米银，易形成SPR热点，且放置1年半稳定。对于食品安全和环境分析领域SERS应用，高增强因子、高稳定SERS基底的商品化是关键，我们正在不懈努力。王娜毕业后入职赛默飞公司担任拉曼和红外技术支持工程师。王娜的师弟马志远，在组里是专攻可呼吸介观尺度SERS基底制备，主要用于生物标志物检测，毕业后也去了赛默飞从事拉曼仪器的技术支持工作。

组里第一个做生物标志物拉曼分析的是杨天溪同学，本科学药学，本科还未毕业就从烟台来组里工作。来得太早，我就让天溪重复师兄一个工作，她意外地用植酸合成出了稳定的磁性网状纳米粒子，负载上纳米金后，在磁场调控下可富集痕量分子并聚集粒子形成SPR热点，可检测出飞摩尔水平的福美双农药，研一就在Small上发表论文，提出了磁优化SERS策略，课题也获国家基金委面上项目的支持。天溪基于磁性基底SERS分析了尿液中肺癌标志物和唾液毒品生物标志，相关成果发现在Biosensors & Bioelectronics 和ACS applied Materials and Interfaces上。天溪毕业后去了Umass读博，做了一站博士后，在美国FDA做食品安全相关研究的科学家，现在加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)建组，拓展SERS技术在安全和可持续性农业-食品系统中的应用研究。此外，组里的郭小玉老师利用植酸修饰贵金属基底开发重金属离子SERS探针，结合手持拉曼光谱仪器在环境分析、烟草制品和食品安全领域的应用也具有广阔的应用前景。

组里现在8位老师，硕博研究生45人，有5台拉曼。其中，共焦拉曼系统2台，一台是赛默飞的DRX２拉曼成像光谱仪器，适合于细胞成像、农残洗涤评价和化妆品评价，由于配置EMCCD，灵敏度高，成像速度快，学生要排队预约。大概８年前，LabRamanII拉曼系统经Horiba的弗拉克（Franck）改装CCD后，青春焕发，LabRamanII今年已经25岁了还天天开工，弗拉克技术真是好。3台小拉曼分别是DeltaNu、卓立汉光和滨松的。组里正在围绕小拉曼应用场景，利用化学反应性分子修饰基底，开发特异性拉曼检测探针，提高分析选择性，并针对具体的问题提供技术解决方案，在食用油痕量苯并芘检出、微量爆炸物、肿瘤标志物分析、烟草甲醛、唾液血糖、皮肤炎症和肾炎POCT等领域有了些初步的工作。

随着拉曼仪器的小型化、智能化和便携化，构建云端数据解析系统，研制可靠的特异性SERS探针，形成技术解决方案，必将在疾病早期诊断、病毒细菌检测、食品安全，环境安全和公共安全等领域大有作为。同仁们特别是年轻的拉曼爱好者一起努力，为美好生活贡献拉曼界的智慧和力量，光谱创新未来无敌！

（作者 上海师范大学杨海峰教授）