微流控芯片是把生物和化學(xué)分析所涉及到的反應(yīng)、篩選、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊郵票大小的芯片上的微系統(tǒng)，被Nature雜志稱為世紀技術(shù)。目前微流控芯片的應(yīng)用已覆蓋分析化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境分析、化工、材料科學(xué)等領(lǐng)域。在微流控芯片內(nèi)實現(xiàn)催化反應(yīng)存在著催化劑在芯片中的位置難固定、催化劑與反應(yīng)物接觸面積小及催化反應(yīng)效率低等問題，從而限制微流控芯片的研究。因此，如何在非平面的微流控溝道內(nèi)部集成多功能單元來提高催化反應(yīng)的效率是亟需解決的一個問題。

　　中國和日本的一個聯(lián)合研究小組利用飛秒激光直寫技術(shù)，在硅基“Y”型通道內(nèi)部加工出周期性尖峰微結(jié)構(gòu)(這種微結(jié)構(gòu)硅表面被稱為黑硅)。該黑硅表面在經(jīng)過氫氟酸氫化處理后，可實現(xiàn)銀納米粒子在尖峰微結(jié)構(gòu)表面的原位化學(xué)生長，進而利用銀-黑硅(Ag-BS)復(fù)合結(jié)構(gòu)的大比表面積及粗糙度，提高了對硝基苯酚還原成對氨基苯酚催化反應(yīng)的效率及反應(yīng)活性。同時Ag-BS復(fù)合結(jié)構(gòu)有助于表面等離子共振基元的形成，可用作表面增強拉曼散射(SERS)檢測。利用SERS檢測技術(shù)實現(xiàn)了對催化反應(yīng)狀態(tài)的原位監(jiān)測。以羅丹明6G分子作為探針材料，證實了該襯底的檢測濃度極限為10-8 mol/L。相關(guān)研究成果發(fā)表在Chinese Optics Letters 2015年第10期上 (Z. X. Yan et al., Silver Hierarchical Structures Grown on Microstructured Silicon in Chip for Microfluidic Integrated Catalyst and SERS Detector)。

在硅基“Y”型通道內(nèi)制備的銀-黑硅(Ag-BS)微納復(fù)合結(jié)構(gòu)器件，實現(xiàn)了微流控芯片內(nèi)的催化反應(yīng)和SERS探測功能。

　　這是在國際上首次報道利用化學(xué)合成辦法制備Ag-BS復(fù)合結(jié)構(gòu)。該Ag-BS微納結(jié)構(gòu)復(fù)合器件在高度集成的化學(xué)合成、分析、生物傳感及診斷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　作為研究成員之一，吉林大學(xué)趙紀紅博士認為，采用在微流控芯片通道內(nèi)部構(gòu)筑Ag-BS微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路非常新穎，它為微流控芯片走向?qū)嶋H應(yīng)用提供了強有力的技術(shù)支持。

　　后續(xù)工作將嘗試多種金屬-黑硅微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備，如Au-BS, Pt-BS, Pd-BS等微納復(fù)合結(jié)構(gòu)器件;比較分析不同金屬-黑硅微納復(fù)合結(jié)構(gòu)對催化反應(yīng)效率的影響，并通過SERS原位監(jiān)測催化反應(yīng)的進程;最終在微流控芯片內(nèi)實現(xiàn)更加高效的催化反應(yīng)及SERS檢測功能。