黑硅—银纳米粒子应用于微流控芯片催化及SERS探测的研究

发布时间：2020-08-14 21:42

【摘要】：自上世纪90年代以来,微流控芯片技术因其微型化、集成化、自动化和便携化等优势得以快速发展,并在化学、物理、生物、材料科学、药物、组织工程和治疗等科研领域得到了广泛的应用。利用微流控芯片技术进行催化反应因其所需反应物量少、环境友好、反应效率高等优势而成为研究的热点,但是目前普遍存在催化剂在微流控芯片中难以固定、催化剂很容易随液体流出且催化剂的作用区域小等共性问题,限制了微流控芯片催化反应的应用。本论文提出以黑硅为还原剂和模板对银离子进行还原,在黑硅表面制备出银纳米粒子,并将其应用于微流控芯片催化及表面增强拉曼(SERS)探测。本论文搭建了飞秒激光脉冲刻蚀黑硅的光路,在SF_6的气氛中进行刻蚀,制备了高18μm的尖锥阵列。由飞秒激光脉冲与硅表面相互作用制备黑硅的机制,我们知道黑硅的尖锥结构分布有大量的自由电子,本论文将其作为还原剂将银离子原位还原为银纳米粒子,并研究了银纳米粒子的生长条件。由于制备的黑硅结构表面具有一定的粗糙度,生长一层银纳米粒子使其成为很好的SERS基底,以罗丹明6G(R6G)为探针分子,当其浓度为10~(-8) M时,依然可以得到较强的拉曼波谱。将黑硅-银纳米粒子复合结构应用于微流控芯片中,由于黑硅结构上下贯穿整个微流控芯片,且呈阵列分布,使其成为天然的混合器和搅拌器,能够将反应剂很好地混合在一起,黑硅表面布满了银纳米粒子,作为催化剂可以大面积地与反应剂相互作用,且银纳米粒子原位还原在黑硅表面并形成键合作用,从而有效解决了催化剂在微流控芯片中难以固定、催化剂很容易随液体流出且催化剂的作用区域小等共性问题。本论文以硼氢化钠与对硝基苯酚催化反应后生成对氨基苯酚为例,以SERS谱图和紫外可见吸收谱图表征了微流控芯片催化反应,实现了高效的催化。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN492
【图文】：

路径图,微流控芯片,微型管道,微米级

第一章绪论第一章绪论§1.1 微流控芯片技术微流控芯片是集电子探测、化学物理反应、生物于一体的综合系统，有时也称为芯片实验室[1-3]（Lab on a Chip，即 LoC），是一种在一块几平方厘米的芯片上构建的生物或化学实验室（图 1.1）。90 年代中后期，世界范围内有一批研究组开始了微流控芯片研究，微流控芯片被认为“极有可能领导化学和生物医学检测的下一场革命”。如今，它已引起了学术界和产业界的广泛关注，2004 年 9 月，Business2.0 杂志封面文章称其是“改变未来的七种技术之一”；2006 年 7 月，Nature 杂志认为它是“这一世纪的技术”。

微流控芯片,化学实验室,生物医药,物理化学反应

实现的样品制备、反应、分离、检测、细胞培养、分选、裂解等操作（图1.2）。微流控芯片技术虽然发展时间不长，但是已经在科研[5, 6]领域得到了广泛的应用，利用微流控芯片技术研究一些物理化学反应以及生物医药等以成为当下

教授课题,激光辐照,硅片,气氛

azur 教授课题组发现的 SF6气氛下激光辐照硅片产生的黑硅结构（Appl. P1998, 73, 1673）硅作为反应离子刻蚀的副产物在 80 年代已经被发现，但研究人员是需要避免的不良产物，因此它独特的物理化学性质并未引起人们0 年代末，哈弗大学 Mazur 课题组在进行激光与物质相互作用的激光脉冲作用在硅片的表面，在激光辐照的区域产生了一种颜色为

【参考文献】