基于金纳米颗粒自组装柔性SERS基底的原位检测与超灵敏检测
发布时间：2020-08-28 10:07
表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,简称SERS)技术能够实现超灵敏检测、无损检测,同时拥有较高的选择性、受荧光信号干扰小等特点,在化学、生物医学、食品检测、环境监测、文物鉴定等领域有着广泛的应用。如何制备性能优异的SERS基底是决定SERS技术在众多领域得到广泛应用的基础,也是研究者一直以来关注的热点。与传统刚性基底相比,柔性基底拥有良好的柔韧性,能够包裹结构复杂的表面,容易与其它结构或器件集成等特性。因此制备具有高灵敏性的柔性基底,对推动SERS技术的广泛应用具有重要意义。本文通过设计不同的柔性自组装SERS基底,实现了对液体中痕量违禁药物和非法色素添加剂的原位检测。我们通过油水界面自组装的方法,在聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)柔性透明聚合物基底上分别构建了不同粒径金纳米粒子(20 nm,40 nm,60 nm,80 nm,100 nm)自组装单层膜和同一粒径(100 nm)金纳米粒子自组装多层膜(1,2,3,4层)基底。为了检验基底的增强能力,我们选用罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)作为探针分子进行SERS检测。实验结果显示,在这一系列不同粒径金纳米粒子自组装单层膜SERS基底中,当金纳米粒子粒径为100 nm时,基底拥有最大增强能力,经计算增强因子为2.81×10~7;而当选用100nm金颗粒构建这一系列不同层数的SERS基底时,在层数为2时,基底拥有最大增强能力,经计算增强因子为3.92×10~7。通过时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)仿真模拟得到的结果验证了实验的结论。最后选用100 nm金纳米粒子自组装成2层膜的SERS基底,实现了对湖水中痕量违禁药物孔雀石绿分子和果汁中痕量非法色素添加剂罗丹明B分子的原位检测。由于SERS技术是对高度稀释的待测分子进行检测,如何提高检测灵敏度就成了研究者急需解决的问题。常见的SERS基底大多为亲水性,当检测亲水性待测分子时,待测分子的液滴在基底表面铺展开来,使激光照射区域内的待测分子数减少,限制了亲水性待测分子SERS信号的进一步提高;当检测疏水性待测分子时,疏水分子所固有的非极性阻止待测分子接近呈极性的亲水基底表面,而待测分子与基底表面距离的微小增加,就会使待测分子SERS信号强度急剧减弱。为了对亲/疏水待测分子实现超灵敏检测,我们对金纳米粒子自组装单层膜进行一系列表面修饰与处理,构建亲/疏水交替分布的“微井”点阵SERS基底。接下来选用一种亲水性分子(R6G)和一种疏水性分子(4-巯基吡啶),利用待测液滴与亲/疏水微井表面不同润湿性下的浓缩富集效应,分别对亲水性R6G分子和疏水性4-巯基吡啶分子实现超灵敏检测,降低两者检测限。此项工作为痕量分子的精准快速超灵敏检测提供了新思路,为发展多功能化SERS基底提供了新技术。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O6;TP274;O657.37
【部分图文】：
基于金纳米颗粒自组装柔性 SERS 基底的原位检测与超灵敏检测收的能量释放出去，迁跃回能级 E1或 E0。在非弹性散射中，当散射光的频率（ν0+△ν）大于入射光频率的散射称为反斯托克斯散射，散射光的频率（ν0-△ν）小于入射光频率的散射称为斯托克斯散射[5]。
图 1.2 纳米金属球的局域表面等离子体共振[7]磁增强不仅和金属纳米颗粒的形状、粒径大小有关，还与表面等离子体共振的射光强度有关。SERS 的强度与电磁场强度的四次方成正比（I∝|E|4，I 和 E 分子拉曼光谱强度与局域电磁场的强度）。LSPR 产生的电场强度 E 与待测分子粒子之间的间距 D 有如下关系：E∝(1/D)5，E 与 D 分别表示局域电场的场强子与金纳米粒子的距离。从公式中能够得出，当待测分子与金纳米粒子之间的微小的改变，局域电场的场强将会产生巨大的变化，从而影响 SERS 的强度。，只有当待测分子与金属纳米颗粒的距离在 10 nm 以内，才会产生显著的 SER应。电磁增强只能解释为什么待测分子吸附在基底表面可以产生 SERS 效应，释不同待测分子在相同基底上会出现 SERS 效应的不同，即使是同分异构分子产生 SERS 效应的差异[8]。化学增强机理
图 1.3 纳米压印工艺流程（a）压印图案化印章；（b）移除图案化印章；（c）得到的纳米结图案3.2 SERS 金属溶胶金属溶胶方法主要被用来合成金纳米粒子，可以通过改变反应条件去控制合成颗粒径和形状。当纳米粒子出现团聚时，SERS 的增强性能会得到显著提高。使用金胶方法流程简单不需要大型设备，是目前制造 SERS 基底常用的一种方法。近几年研究者运用很多方法合成不同形貌、粒径的金属纳米粒子，如微乳液法、学还原等[16]。目前化学还原方法被使用得最为广泛，这种方法的实验流程简单，首需配备一定浓度的金属盐溶液，然后通过加入还原剂将金属盐溶液中的金属还原，最后得到的金属纳米粒子会出现团聚，需要加入表面活性剂去解决粒子团聚的问得我们想要的纳米粒子。金属溶胶可以存在于水溶液中，当需要对液体样品进行检
本文编号：2807443
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O6;TP274;O657.37
【部分图文】：
基于金纳米颗粒自组装柔性 SERS 基底的原位检测与超灵敏检测收的能量释放出去，迁跃回能级 E1或 E0。在非弹性散射中，当散射光的频率（ν0+△ν）大于入射光频率的散射称为反斯托克斯散射，散射光的频率（ν0-△ν）小于入射光频率的散射称为斯托克斯散射[5]。
图 1.2 纳米金属球的局域表面等离子体共振[7]磁增强不仅和金属纳米颗粒的形状、粒径大小有关，还与表面等离子体共振的射光强度有关。SERS 的强度与电磁场强度的四次方成正比（I∝|E|4，I 和 E 分子拉曼光谱强度与局域电磁场的强度）。LSPR 产生的电场强度 E 与待测分子粒子之间的间距 D 有如下关系：E∝(1/D)5，E 与 D 分别表示局域电场的场强子与金纳米粒子的距离。从公式中能够得出，当待测分子与金纳米粒子之间的微小的改变，局域电场的场强将会产生巨大的变化，从而影响 SERS 的强度。，只有当待测分子与金属纳米颗粒的距离在 10 nm 以内，才会产生显著的 SER应。电磁增强只能解释为什么待测分子吸附在基底表面可以产生 SERS 效应，释不同待测分子在相同基底上会出现 SERS 效应的不同，即使是同分异构分子产生 SERS 效应的差异[8]。化学增强机理
图 1.3 纳米压印工艺流程（a）压印图案化印章；（b）移除图案化印章；（c）得到的纳米结图案3.2 SERS 金属溶胶金属溶胶方法主要被用来合成金纳米粒子，可以通过改变反应条件去控制合成颗粒径和形状。当纳米粒子出现团聚时，SERS 的增强性能会得到显著提高。使用金胶方法流程简单不需要大型设备，是目前制造 SERS 基底常用的一种方法。近几年研究者运用很多方法合成不同形貌、粒径的金属纳米粒子，如微乳液法、学还原等[16]。目前化学还原方法被使用得最为广泛，这种方法的实验流程简单，首需配备一定浓度的金属盐溶液，然后通过加入还原剂将金属盐溶液中的金属还原，最后得到的金属纳米粒子会出现团聚，需要加入表面活性剂去解决粒子团聚的问得我们想要的纳米粒子。金属溶胶可以存在于水溶液中，当需要对液体样品进行检
【参考文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 夏舒娅;柔性拉曼基底在环境分析的研究应用[D];西南交通大学;2016年
本文编号：2807443
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2807443.html
教材专著
