賴昆佑
簡汎清

CHINESE ABSTRACT 表面增強拉曼散射 (Surface-enhanced Raman scattering, SERS) 非常靈敏，是極具應用價值的檢測工具。然而，過去30 多年以來，SERS 的臨床應用一直受限於其有限的再現性。本研究提出一種新型SERS 感測器，利用氮化銦鎵量子井 (quantum wells,QW) 改善SERS 在空間上和時間上的再現性，也提升訊號強度。 為了釐清QW 在SERS 中的作用，我們以R6G (rhodamine 6G) 分子研究不同QW結構的SERS 光譜，並發現QW提供高濃度表面電荷能以兩種方式提高SERS 的效能：i)增強共振強度; ii)擴大SERS 熱點 (hot spots)，進而形成熱面 (hot surface)。這些結果源自於電荷轉移共振(charge-transfer resonance)和局域表面電漿共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)的增強。透過改變QW數量和表面形態，我們發現SERS 的增 強因子(enhancement factor)與表面電子濃度呈現線性相關。此外，QW 裡的電子，能與金奈米顆粒表面的電子共振，大幅增加熱點面積，產生大範圍的單分子訊號。 InGaN QWs 基板的獨特SERS 性能被應用於循環腫瘤DNA（circulating tumor DNA, ctDNA）和葡萄糖的檢測。具體來說，透過結合鋁奈米結構和QW，我們展現胰臟癌ctDNA 檢測的高靈敏、高特異和高穩定性。在葡萄糖方面，我們在複雜的細胞培養液裡，觀察到不同濃度的葡萄糖（1-87 mM）訊號，驗證了SERS 優越的特異性。此外，我們更透過優化InGaN QW 的能帶結構，觀察到胰臟癌和甲狀腺癌ctDNA 的SERS光譜差異。 我們相信，優化QW的表面形態、厚度、摻雜濃度等參數，能持續推進SERS 的檢測效能，有助實現SERS 的臨床應用。