基于纳米传感的SERS检测技术研究
发布时间：2021-10-29 08:28
纳米传感技术在物理量检测方面已表现出优势。而在化学量、生物量检测方面,由于受到了材料、结构和工艺等方面的束缚,其专用性和灵活性不能很好地满足生物、化学领域迅猛发展的需求。同时,随着纳米材料制备和检测技术的进步,纳米技术在生物领域的应用日趋成熟。本文首先分析了表面增强拉曼光谱（SERS）与纳米传感技术相结合的原理与主要理论基础。通过对不同材料的基片进行表面改性处理,分析得出当HF酸腐蚀浓度为10-15%且蚀刻时间为约15分钟时,拉曼表面增强因子达到最大值并且表面形态处理获得最佳效果。其次,本文利用集成电路制造工艺中的光刻等工艺在硅片表面加工出沟壑结构,镀上一层金后形成了一种新型I-SERS基片,并将其与市场上的Q-SERS基片进行了对比测试分析。Q-SERS基片具有良好的单点拉曼活性和拉曼信号均匀性,而I-SERS基片在重复检测和稳定性有一定的优势。接着,本文总结了利用电子束曝光等工艺制备了一种新型纳米结构的E-SERS基片,其拉曼增强因子可达104以上,并分析了纳米结构的形状、大小、间距对于SERS性能的影响。当SERS基片图案的尺寸范围在50-300 nm时,随...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
便携式生物传感器[4]
天津大学硕士学位论文2转换器输出的光信号，从而达到分析和检测的目的。1992年，科佩尔曼[2]等人首次构建并使用基于荧光的光纤纳米传感器来检测微环境中的pH值，如图1-1所示。工作原理是荧光剂固定在光纤头上，当荧光剂与质子可逆地反应时，试剂相的光学性质发生变化，光学可变信号由光纤传输，测量荧光强度的变化以检测pH值。图1-1纳米光纤传感器探针[2]电化学专家Wolfbeis[3]认为，生物传感器是基于电化学或光学传感的原理，可分为电化学和光学两大类。在生物学和医学研究中，传统的生物传感器尺寸很大，只有当测试样本的尺寸减小到微米级别时才能用于组织、细胞悬浮液等的测量，例如检测活细胞或其他亚细胞成分，但是实时、准确而且无干扰地测量样品中的化学和天然成分是极其困难的。随着新技术和新工艺的发展，纳米光纤探针的制造技术逐渐成熟，便携式生物传感器的制备使用也越来越频繁，如图1-2所示。图1-2便携式生物传感器[4]光纤传感器因其高灵敏度、强抗干扰性和无需参考电极而被广泛应用于光学传感技术中，光纤传感器已成为一种重要的光学传感器。Barker[5]等人基于亚铁
第1章绪论5国内课题组近年来也对SERS光纤探针的制备进行了深入的研究。中科院课题组Cao[19]等人利用化学蚀刻的方法对锥形光纤的尖端和锥度表面进行硅烷化处理，接着将银纳米颗粒涂覆在锥形探针的锥度表面，成功制备出一种新型的SERS锥形光纤探针，如图1-3所示。他们制备的SERS光纤探针可以检测浓度低至10-9M的4-氨基苯硫酚分子，拉曼峰值强度相对标准偏差小于9.1%，具有良好的再现性和长期稳定性。Xia[20]等人通过将石墨烯与金的混合纳米三角形结构镀在端面型的光纤探针上，研究了影响光纤探针拉曼信号强度的因素，发现了物镜的数值孔径、光谱仪的狭缝宽度、光纤长度和SERS纳米阵列的尺寸对光纤探针的拉曼信号强度均产生影响。同时验证了探针的高灵敏度，当金纳米结构和石墨烯混合的时候，探针的灵敏度高于纯金纳米结构探针的灵敏度，进一步拓展了石墨烯在SERS光纤探针中的应用。由于纳米技术具有材料、结构方面的优势，在生物传感领域的理论和应用日趋成熟。结合纳米材料的光纤微结构传感研究，有望改进传统光纤传感技术，拓展其在生物检测领域的应用。图1-3利用锥形光纤探针进行SERS测量的原理图[19]但是，光纤生物传感器在发展过程中也遇到了相应的问题，亟待解决。由于受到材料、结构和工艺等方面的制约，光纤传感结构缺乏与实际待测目标分析物（样品）化学或生物状态的密切关联，其专用性和灵活性不能很好地满足生物行业迅猛发展的需求，限制了其应用的范围。对于传统的光纤生物传感器，光纤作为导光的工具，主要以传光作用为主，缺乏针对待测目标分析物的分析和设计，对部分分析物的识别存在一定困难。受材料、结构等因素的限制，光纤产生的拉曼效应、布里渊效应、表面等离子共振效应等作用信号强度弱，响应范围与待测样本匹配度差?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种保护层可揭除的新鲜多级银SERS活性基底[J]. 徐蔚青,管树霖,王祎,王馨楠,陶艳春,徐抒平. 高等学校化学学报. 2018(12)
[2]基于球状光纤探针的表面增强拉曼散射[J]. 魏访,邹志革. 电子器件. 2018(05)
[3]简单、快速合成柔性衬底上的三维花状金微结构SERS基底[J]. 卢思辰,高宇坤,杨楠,张晨萌,尤汀汀,殷鹏刚. 光谱学与光谱分析. 2018(S1)
[4]光纤微操作器探测亚细胞水平的pH[J]. 王佳琪,耿乙迦,施维,徐蔚青,徐抒平. 光谱学与光谱分析. 2018(S1)
[5]一种具有SERS活性的Ag/FeS复合材料SERS光谱研究[J]. 马宁,张永军,陈雷. 光谱学与光谱分析. 2018(S1)
[6]基于三维表面增强拉曼基底的水中多环芳烃检测[J]. 史晓凤,张心敏,严霞,马丽珍,张旭,马海宽,马君. 光学学报. 2018(07)
[7]贵金属纳米结构为敏感层的锥形光纤探针及其SERS活性[J]. 黄竹林,孟国文,刘晔,毛庆和. 光散射学报. 2016(04)
[8]利用激光诱导化学沉积法制备锥形光纤SERS探针[J]. 范群芳,刘晔,曹杰,姚波,毛庆和. 中国激光. 2014(03)
[9]光纤纳米生物传感器的现状及发展[J]. 周李承,蒋易,周宜开,任恕,聂棱. 传感器技术. 2002(12)
本文编号：3464326
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
便携式生物传感器[4]
天津大学硕士学位论文2转换器输出的光信号，从而达到分析和检测的目的。1992年，科佩尔曼[2]等人首次构建并使用基于荧光的光纤纳米传感器来检测微环境中的pH值，如图1-1所示。工作原理是荧光剂固定在光纤头上，当荧光剂与质子可逆地反应时，试剂相的光学性质发生变化，光学可变信号由光纤传输，测量荧光强度的变化以检测pH值。图1-1纳米光纤传感器探针[2]电化学专家Wolfbeis[3]认为，生物传感器是基于电化学或光学传感的原理，可分为电化学和光学两大类。在生物学和医学研究中，传统的生物传感器尺寸很大，只有当测试样本的尺寸减小到微米级别时才能用于组织、细胞悬浮液等的测量，例如检测活细胞或其他亚细胞成分，但是实时、准确而且无干扰地测量样品中的化学和天然成分是极其困难的。随着新技术和新工艺的发展，纳米光纤探针的制造技术逐渐成熟，便携式生物传感器的制备使用也越来越频繁，如图1-2所示。图1-2便携式生物传感器[4]光纤传感器因其高灵敏度、强抗干扰性和无需参考电极而被广泛应用于光学传感技术中，光纤传感器已成为一种重要的光学传感器。Barker[5]等人基于亚铁
第1章绪论5国内课题组近年来也对SERS光纤探针的制备进行了深入的研究。中科院课题组Cao[19]等人利用化学蚀刻的方法对锥形光纤的尖端和锥度表面进行硅烷化处理，接着将银纳米颗粒涂覆在锥形探针的锥度表面，成功制备出一种新型的SERS锥形光纤探针，如图1-3所示。他们制备的SERS光纤探针可以检测浓度低至10-9M的4-氨基苯硫酚分子，拉曼峰值强度相对标准偏差小于9.1%，具有良好的再现性和长期稳定性。Xia[20]等人通过将石墨烯与金的混合纳米三角形结构镀在端面型的光纤探针上，研究了影响光纤探针拉曼信号强度的因素，发现了物镜的数值孔径、光谱仪的狭缝宽度、光纤长度和SERS纳米阵列的尺寸对光纤探针的拉曼信号强度均产生影响。同时验证了探针的高灵敏度，当金纳米结构和石墨烯混合的时候，探针的灵敏度高于纯金纳米结构探针的灵敏度，进一步拓展了石墨烯在SERS光纤探针中的应用。由于纳米技术具有材料、结构方面的优势，在生物传感领域的理论和应用日趋成熟。结合纳米材料的光纤微结构传感研究，有望改进传统光纤传感技术，拓展其在生物检测领域的应用。图1-3利用锥形光纤探针进行SERS测量的原理图[19]但是，光纤生物传感器在发展过程中也遇到了相应的问题，亟待解决。由于受到材料、结构和工艺等方面的制约，光纤传感结构缺乏与实际待测目标分析物（样品）化学或生物状态的密切关联，其专用性和灵活性不能很好地满足生物行业迅猛发展的需求，限制了其应用的范围。对于传统的光纤生物传感器，光纤作为导光的工具，主要以传光作用为主，缺乏针对待测目标分析物的分析和设计，对部分分析物的识别存在一定困难。受材料、结构等因素的限制，光纤产生的拉曼效应、布里渊效应、表面等离子共振效应等作用信号强度弱，响应范围与待测样本匹配度差?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种保护层可揭除的新鲜多级银SERS活性基底[J]. 徐蔚青,管树霖,王祎,王馨楠,陶艳春,徐抒平. 高等学校化学学报. 2018(12)
[2]基于球状光纤探针的表面增强拉曼散射[J]. 魏访,邹志革. 电子器件. 2018(05)
[3]简单、快速合成柔性衬底上的三维花状金微结构SERS基底[J]. 卢思辰,高宇坤,杨楠,张晨萌,尤汀汀,殷鹏刚. 光谱学与光谱分析. 2018(S1)
[4]光纤微操作器探测亚细胞水平的pH[J]. 王佳琪,耿乙迦,施维,徐蔚青,徐抒平. 光谱学与光谱分析. 2018(S1)
[5]一种具有SERS活性的Ag/FeS复合材料SERS光谱研究[J]. 马宁,张永军,陈雷. 光谱学与光谱分析. 2018(S1)
[6]基于三维表面增强拉曼基底的水中多环芳烃检测[J]. 史晓凤,张心敏,严霞,马丽珍,张旭,马海宽,马君. 光学学报. 2018(07)
[7]贵金属纳米结构为敏感层的锥形光纤探针及其SERS活性[J]. 黄竹林,孟国文,刘晔,毛庆和. 光散射学报. 2016(04)
[8]利用激光诱导化学沉积法制备锥形光纤SERS探针[J]. 范群芳,刘晔,曹杰,姚波,毛庆和. 中国激光. 2014(03)
[9]光纤纳米生物传感器的现状及发展[J]. 周李承,蒋易,周宜开,任恕,聂棱. 传感器技术. 2002(12)
本文编号：3464326
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