在化学反应过程中，在单分子水平上直接观察成键事件一直是化学家的长期目标。用有限数量的分子探测化学反应的动力学可以避免系综平均，帮助揭示反应途径，并识别瞬态中间体，这对于完全理解反应机制和随后对反应结果的操纵很重要。
在过去的十年中，在单分子水平上进行了许多动态化学反应性研究，包括直接（和间接）监测构象转换、化学键合和化学反应。 事实上，通过监测流经精心设计的蛋白质纳米孔的离子电流，在 Cu(I) 催化的叠氮化物-炔烃环加成反应（寿命约 4.5 秒）和生物正交环加成反应（寿命约 80 μs）过程中观察到了各个反应物中间体。 使用扫描隧道显微镜断裂结方法观察了外部电场下 Diels-Alder 反应的加速。使用非接触式原子力显微镜对 Ag(100) 上的 1,2-双 (2-乙炔基苯基) 乙炔的表面催化交叉偶联和顺序环化级联进行成像。然而，关于实时测量化学键形成的定量方法知之甚少。这一挑战可以通过高时间分辨率显微光谱技术来解决，因为它们可以在化学反应过程中提供有价值的化学指纹信息。 因此，实时观察纯单分子瞬态反应与相关明确的化学结构识别，适用于溶液中化学键的形成，仍然极具挑战性。
图 1. 单纳米粒子碰撞测量装置：(a) EC-SERS 测量装置示意图；(b) 酰胺键桥接 GNE-分子-GNP 结的结构；(c) 具有落在其表面上的 GNP 的 GNE 顶点的 SEM 图像。
在单分子水平实时观察化学键的形成是有机和生物分子化学领域的一大挑战。可以收集使用集合平均测量无法访问的有价值的信息。尽管已经开发出非常复杂的化学反应监测技术，但在单分子水平原位检测化学键的特定形成的能力仍然是一个难以实现的目标。酰胺键通常由N的氨解形成-羟基琥珀酰亚胺 (NHS) 酯由伯胺制成，该协议广泛用于肽和蛋白质的合成、交联和标记。在本文中，等离子体纳米腔被应用于研究酰胺键形成的氨解反应，该反应由在水性缓冲液中适当官能化的自由移动金纳米粒子和金纳米电极之间的单个纳米粒子碰撞事件引发。通过同步表面增强拉曼光谱 (SERS) 和单实体电化学 (EC) 测量，我们以 10 秒的时间分辨率探测了氨解反应中酰胺键形成的动态演变。因此，我们证明了单实体 EC-SERS 是一种有价值且灵敏的技术，可以通过它在单分子水平上研究化学反应。
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