大孔柚子型微结构光纤探针的表面增强拉曼散射性能研究

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检测效果。但受限于光纤本身的结构,普通光纤仅能利用端面或侧表面提供拉曼检测的“热点”区域,限制了其SERS性能的进一步提高。因此制备了大孔柚子型微结构光纤(MSF)表面增强拉曼散射(SERS)探针,其中大孔柚子型MSF SERS探针结构通过一段阶跃多模光纤与柚子型微结构光纤熔接制得。实验分别对自制的纳米银溶胶基底以及大孔柚子型MSF SERS探针的SERS性能进行检测。采用溶胶自组装法制备负载银纳米颗粒的MSF SERS探针,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS探针(Ag/MSF-x,其中x为自组装时间,分别为15、30、45、60 min)。采用溶液检测方法,利用Ag/MSF-x探针对10^(-3) mol·L^(-1)的亚甲基蓝(MB)探针分子进行检测,通过比较相同条件下的增强效果筛选得到Ag/MSF-45探针。为进一步检测Ag/MSF-45探针的SERS性能,制备不同浓度的MB溶液,分别利用纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针对其进行检测。实验结果表明,纳米银溶胶基底对MB的检测限(LOD)为10^(-6) mol·L^(-1),Ag/MSF-45探针对MB的检测限(LOD)为10^(-7) mol·L^(-1);拉曼信号的再现性结果表明纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针在各个特征峰处的RSD值均在合理范围内;在1619 cm^(-1)拉曼位移处对纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针检测MB的拉曼强度和浓度进行对数转换拟合,纳米银溶胶基底的拟合优度R2达0.91628,Ag/MSF-45探针的拟合优度R2达0.98848;纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针的再现性结果表明,其在各个特征峰处的RSD值均处于合理范围,但Ag/MSF-45探针的各特征峰RSD值均小于纳米银溶胶基底,最大为13.89%;利用10^(-6) mol·L^(-1)的MB对Ag/MSF-45探针的增强因子(AEF)进行计算,Ag/MSF-45探针的AEF达到6.09×10^(6),表现出良好的增强效果。因此,基于大孔柚子型MSF SERS探针凭借独特的空气孔结构使其具有较高的灵敏度以及良好的再现性,且其SERS性能均优于纳米银溶胶基底,在农业、化学分析、生物检测等领域及大分子物质检测等方面应用前景广泛。

高温退火优化h-BN/Ag/Ag_(2)O异质结构型及表面增强拉曼散射性能研究

由等离激元金属和半导体结合形成的金属/半导体异质结构型有利于光诱导电荷转移(PICT)效率的提高,在表面增强拉曼散射(SERS)研究中具有明显优势.本文通过对所制备的杂化底物进行热退火处理进一步提高了其SERS活性.首先,在二维六方氮化硼(h-BN)纳米片表面成功负载生长了高密度和单分散的Ag/Ag_(2)O纳米颗粒.在此基础上,通过进一步高温退火处理所得复合体系,构建出高效的电荷转移通道,从而大幅度提高了PICT效率,使化学增强得到显著提高.实验结果表明,相比于退火前,经320℃高温退火处理所得到的h-BN/Ag/Ag_(2)O复合材料作为基底,可以使结晶紫分子的SERS信号强度显著增强18倍,增强因子高达1.63145×10^(7).最后,基于h-BN/Ag/Ag_(2)O 320℃退火复合材料优异的SERS性能,实现了对食品添加剂专利蓝V的超灵敏SERS检测,其检测极限低至10-12M.本文构建的h-BN/Ag/Ag_(2)O 320℃退火复合材料兼具物理增强和化学增强,在食品添加剂的痕量分析中具有显著优势.

有序Au/Ag纳米碗阵列的简易制备及其表面增强拉曼散射性能

通过湿法化学合成基于SiO_(2)胶体晶体的大面积有序Au/Ag纳米碗(Au/AgNB)阵列。首先,在玻璃基板上组装3D SiO_(2)胶体晶体作为模板。然后,以Au纳米颗粒(AuNP)为种子,通过原位生长法在SiO_(2)模板上沉积一层Au纳米壳(AuNS)。再通过HCHO还原Ag^(+)成Ag0,进一步在AuNS表面沉积Ag纳米壳,形成Ag/Au双纳米壳(Ag/AuNS)阵列。最后通过丙烯酸酯改性双向取向聚丙烯(BOPP)膜方便地获得了单层有序反转Ag/AuNB阵列。这种有序Au/AgNB阵列具有更佳的表面增强拉曼散射(SERS)活性,其SERS分析增强因子(AEF)可达2.23×10^(7)。

金属镍掺杂改进纳米TiO_2的表面增强拉曼散射性能

通过溶胶-水热法合成纯的和不同量Ni离子掺杂的TiO2纳米粒子,将其作为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底,研究了金属Ni掺杂对于纳米TiO2SERS性能的改进.结果表明,适量的Ni掺杂能够在纳米TiO2的能隙中靠近导带底的位置形成丰富的掺杂能级,促进TiO2-to-molecule的电荷转移过程,进而提高纳米TiO2基底对吸附分子的SERS增强能力,显著改进纳米TiO2的SERS性能.

柠檬酸辅助可控制备花状银粒子及其表面增强拉曼散射性能

以抗坏血酸为还原剂,柠檬酸为结构导向剂,一步还原硝酸银,合成了尺寸和形状可调的花状银颗粒。纳米粒子的粒径可在600~1200 nm范围内调整,表面突起可达到10~25 nm。柠檬酸的化学性质在银纳米粒子合成多级花状银结构的过程中起着至关重要的作用。通过改变柠檬酸或抗坏血酸溶液的用量,银结构的各向异性形貌可以很容易地调节。以制备的多级花状银颗粒作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,对浓度为10-10 mol·L^(-1)的罗丹明6G(R6G)仍具有较高的检测灵敏度。

基于蝶翅鳞片三维结构的Au/SnO_2纳米复合材料制备及其表面增强拉曼散射性能研究

利用巴黎翠凤蝶前翅翅鳞片作为模板,通过前驱体浸泡后烧结的方法制备出具有原始蝶翅鳞片准周期三维结构的SnO2(金红石相),并采用化学沉积的方法在已制备的SnO2上沉积Au纳米颗粒,合成出Au/SnO2纳米复合材料.通过SEM、XRD以及TEM等表征方法检测并分析该材料形貌结构和成分组成.采用罗丹明6G(R6G)作为分析物,测试该材料的表面增强拉曼散射光谱.通过材料形貌结构图及UV-Vis漫反射光谱谱图,分析该基底的表面增强拉曼散射机理.该基底所具有的三维结构为拉曼信号增强提供大量"热点",而基底材料中SnO2和Au纳米颗粒为拉曼增强效应提供协同作用.良好的拉曼性能以及较低的制备成本表明,该新型表面增强拉曼散射基底具有一定的应用前景.

金属镍掺杂改进纳米TiO_2的表面增强拉曼散射性能

随着激光技术及纳米制备方面技术不断进展,超灵敏分析检测技术也得到了一定程度的发展。表面增强拉曼散射光谱能够在分子水平上有效探究物质结构信息,可以说是一项极具前景的表面光谱技术,目前已经被广泛应用于界面及表面科学,或者是材料甚至生命学科领域中。本文分析了金属镍掺杂改进纳米Ti O2的表面增强拉曼散射性能,提升了纳米Ti O2基底对于吸附分子SERS增强力,并充分改善纳米Ti O2SERE的性能。

二硫化钨二维材料制备及其表面增强拉曼散射性能研究

WS_(2)二维材料的大面积可控制备一直是二维材料基础研究中亟须解决的难题,基于化学气相沉积法,探索了反应过程中蒸发硫时刻、最高反应温度、衬底摆放位置等实验参数,对制备WS_(2)二维材料的影响,并成功制备了边长达80μm的三角形单层WS_(2)纳米片。此外,还将WS2二维材料作为表面增强拉曼散射(SERS)传感器的新型衬底,并以罗丹明6G作为探针分子,初步研究了WS_(2)二维材料的SERS性能。实验结果表明,WS2二维材料对罗丹明6G分子的检出极限可低至1×10-6mol/L,将为新型SERS衬底的开发和应用提供一种新的方案和思路。

聚苯乙烯-金纳米复合材料的可控组装及表面增强拉曼散射性能

无皂乳液聚合制备单分散聚苯乙烯(PS)微球,经过阳离子化后,在其表面通过界面可控自组装方法修饰金纳米粒子(Au NPs)制备PS-Au复合物SERS基底,通过调制组装体系中Au NPs数量控制PS微球表面金纳米粒子密度。采用紫外-可见吸收光谱、扫描电子显微镜、热重分析和拉曼光谱对PS微球及PS-Au复合物的表面形貌、组成及性能进行了表征。结果显示,金纳米粒子尺寸为40 nm、体积为3 mL时,组装得到的PS-Au复合材料具有较好的分散性和稳定性,并展现出较好的表面增强拉曼散射(SERS)活性,其增强因子达到105。该复合物材料作为增强基底进一步被应用于农药福美双的SERS检测,其灵敏度达到0.1×10^(-6)。

一步法制备无表面修饰剂花状金纳米颗粒及其表面增强拉曼散射性能研究

一步法合成直径为250nm的无表面修饰剂花状金纳米颗粒。使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射仪和X射线衍射仪对花状金纳米颗粒的结构和合成机理进行分析。用模型解释了花状金纳米颗粒形貌变化的动力学机理,模拟并预测了其生长机理。选用4-巯基苯甲酸(PMBA)为探针分子,探测出花状金纳米颗粒具有优越的表面增强拉曼散射性能(SERS),增强因子可高达7.5×105。鉴于独特性能,花状金纳米颗粒在未来各领域具有潜在的广泛应用。

表面增强拉曼散射技术应用于基因分析的研究进展

基因是生物体中传递遗传信息的基本单位,对从分子水平上理解生命现象具有重要意义。近年来针对基因的高效检测及基因相关领域的研究备受关注,基因检测的常用方法是分子生物学方法,主要集中在实验室内开展。相对而言表面增强拉曼散射(SERS)实时表征技术在基因分析中具有很好的应用前景,在基因的检测与鉴别的一些领域逐渐发挥出明显的优势。SERS是一种重要的光谱分析技术,是基于光化学技术的生物活性分子传感器。20世纪70年代,SERS现象的发现给光谱技术的研究注入了新的活力。由于SERS技术不受水分子干扰,因此具有灵敏度高、选择性高、信息量大以及适合水溶液物质研究等优点,能够快速、准确地为生物提供丰富的结构信息,即分子的“指纹”信息。在生命科学领域,SERS技术越来越多地应用于目标样本的原位无损探测。通过对拉曼光谱技术的特点,结合基因的结构特征进行分析,简要介绍了拉曼光谱的原理,围绕SERS散射的原理综述了拉曼光谱信号放大的增强模式和增强介质材料,解决了其含量低检测难、灵敏度低、信号复杂、选择性和特异性差以及信号重现性和稳定性不佳等难点,因此在基因分析领域中得到迅速发展,成为国内外研究的热点,显示出独特的价值和作用;重点阐述了SERS在DNA分子结构、DNA作用机制等方面的探索;并且针对SERS技术结合最新生物技术用于基因分析进行分类综述,讨论了SERS基因分析技术在疾病诊断、病原检测、药物分析、转基因鉴定等方面的最新进展,总结了SERS技术在实际应用中面临的机遇与挑战,简要分析其存在的问题以及在生命科学领域发展的方向和潜力,并对SERS技术广阔的应用前景进行了展望。

原位电化学氧化还原制备高性能表面增强拉曼散射银纳米颗粒薄膜

在适当p H范围的碱性溶液中,通过施加氧化还原电位实现光滑Ag基体原位转化为纳米多孔结构,此纳米多孔结构由平均尺寸为21.88nm的Ag纳米颗粒(AgNPs)组成。系统研究电化学氧化还原调控制备AgNPs电极过程中Ag基体的物相和形貌演化过程:在可控氧化还原电位的作用下,光滑Ag基体首先被电化学氧化为Ag_(2)O,引起晶胞体积膨胀,随后电化学还原生成金属Ag,伴随体积收缩。晶胞体积在可逆电化学转化过程中的膨胀和收缩导致Ag基体表面原位形成高孔隙结构。采用该方法制备的AgNPs电极呈现优异的表面增强拉曼散射性能,将其作为衬底检测罗丹明6G溶液时,拉曼光谱检测限可低至5.44×10^(-10)mol/L。

水凝胶表面增强拉曼散射基底的研究进展

水凝胶作为表面增强拉曼散射(SERS)基底具有检测灵敏度高、均匀性好、重现性好、长期稳定、抗干扰性强、操作便捷等优势;与其他柔性SERS基底相比,水凝胶的分子筛作用可避免复杂样品中的大分子干扰,简化甚至无需样品前处理过程。本文综述了水凝胶SERS基底的研究进展,重点介绍了水凝胶SERS基底的几种常见制备方法,包括原位合成法、包埋/嵌入法、沉积法、吸附法等,以及水凝胶SERS基底在环境监测、食品安全和生物医学等方面的应用现状,为SERS技术的发展和应用提供参考。

调控金纳米花表面凸起的策略及其表面增强拉曼散射活性

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与十二烷基硫酸钠(SDS)通过阳离子架桥形成的拟聚阴离子为软模板,通过改变PVP、SDS和纳米材料前驱体氯金酸(HAu Cl_(4))浓度以及反应时间等因素,调控还原产物金纳米花形貌及粒径。表面张力、电导率、毛细管电泳及Zeta电位等实验结果表明PVP-SDS-HAu Cl_(4)形成新的拟聚阴离子,透射电子显微镜和X射线衍射结果表明SDS、PVP和HAu Cl_(4)的较低浓度组合更易获得表面凸起丰富的金纳米花。PVP-SDS拟聚阴离子发挥了二级软模板作用,在PVP(50 g·L^(-1))-SDS(2 mmol·L^(-1))-HAu Cl_(4)(0.25 mmol·L^(-1))溶液中调控合成的金纳米花为{111}晶面为主的面心立方结构,其平均等效粒径为108 nm,且表面上密集分布约16.5 nm的凸起。该金纳米花有较强的表面增强拉曼散射(SERS)活性,探针分子罗丹明6G的SERS信号强度依赖于金纳米花的表面凸起形貌。该研究中金纳米花的SERS增强因子最高达6.71×10^(7),优于同类金纳米花的文献报道水平(106);尽管低于石墨负载的金纳米粒子(1×108)或阳离子软模板合成的金纳米棒(5×109),但成功避免了基质干扰或阳离子强吸附使应用受限。

用于检测果蔬中农药残留的柔性表面增强拉曼散射基底的设计策略和应用进展

随着人口增长和生活水平的提高,果蔬中的农药残留已成为关注焦点。表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术因其快速、无损和指纹识别特性,被认为是食品安全检测的有效方法之一。引入柔性SERS基底为非平面果蔬表面的原位检测带来了新机遇,相比于传统的刚性基底,柔性基底通过“粘贴-剥离”或拭子取样方法,提供了更大的灵活性和适应性。尽管柔性基底在农药残留检测中显示出巨大潜力,但设计和制备高灵敏度、高稳定性且信号重现性好的柔性基底仍是一个挑战。本文深入探讨了柔性基底的构建策略,包括柔性基底材料的选择和柔性基底的制备方法。此外,文章还总结了柔性基底在果蔬农药残留检测中的应用实例,展示了其在实际应用中的效果。文章最后提出了针对这些挑战的可能解决方案,并对未来的研究方向进行了展望。这些解决方案和展望旨在推动柔性SERS基底的进一步研究和应用,为提高果蔬农药残留检测的准确性和效率提供支持。

利用激光辐照AgCl纳米立方体制备表面增强拉曼散射基底的方法

利用激光辐照AgCl纳米立方体,通过析出Ag纳米颗粒制备了表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底。利用水热法合成AgCl纳米立方体,随后利用波长为633 nm的激光进行辐照,AgCl纳米立方体表面会析出Ag纳米颗粒。利用场发射扫描电子显微镜对辐照后的样品进行形貌表征,同时采用对氨基硫酚(PATP)探索Ag@AgCl样品的SERS灵敏度。结果发现,随着辐照功率增大或者辐照时间增加,析出的Ag颗粒数量增多并且尺寸增大,因此获得的SERS基底的灵敏度得到增强。研究结果为制备SERS基底提供了一种比较简便的方法。

金-银复合微纳结构制备及高灵敏度表面增强拉曼散射检测

表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)是一种快速且灵敏度高的分子检测技术。拥有高灵敏的、均匀的拉曼信号是光谱技术的必要因素,同时拉曼衬底结构通常也面临复杂的工艺和高昂的成本。为了实现高性能SERS,本文采用多层金-银(Au-Ag)交替沉积、退火和脱合金技术制备多孔Au-Ag复合纳米结构,该方法能用于大面积制备,且制备工艺简便。通过在合适的温度下退火,可以在Au-Ag复合纳米结构表面形成大量纳米孔。这些纳米孔可以牢固地分布在表面形成热点。利用时域有限差分(Finite-difference Time-domain,FDTD)法模拟电场分布,结果表明在Au-Ag复合纳米结构表面可以产生极大的局域场增强效果。实验结果表明SERS检测具有良好的均匀性和高灵敏度。SERS基底检测罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)分子的增强因子达到2.4×10~5,相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)低至6.9%,对R6G分子的最低检测浓度可达10^(-11) mol/L。所提出的Au-Ag复合纳米结构及其制备工艺在制备高灵敏度的、高均匀性的SERS基底方面具有很大的潜力。

表面增强拉曼散射技术在快速检测预包装干米粉中乙二胺四乙酸二钠的应用

利用简单的种子介导法制备Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@AgNPs作为表面增强拉曼散射基底,对预包装干米粉中的微量添加剂——乙二胺四乙酸二钠(ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt,EDTA-2Na)含量进行快速灵敏的检测。通过透射电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射、红外光谱以及表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)对Fe3O4@SiO2@AgNPs进行表征,结果显示Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@AgNPs为直径约660 nm,大小均匀,核壳结构的磁性基底,测得罗丹明6G溶液的最低浓度为1×10^(-9)mol/L,增强因子为4.27×10^(8)。以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@AgNPs为SERS基底对EDTA-2Na溶液进行SERS检测,检出限为1.75×10^(-6)mg/mL,以EDTA-2Na特征峰1 625 cm^(-1)的SERS强度为纵坐标,EDTA-2Na质量浓度的对数为横坐标进行线性回归拟合,结果表明EDTA-2Na质量浓度在1×10^(-5)~1 mg/mL范围内呈现良好的线性关系,R^(2)为0.994。将Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@AgNPs用于预包装干米粉中EDTA-2Na的快速检测,样品检出限为0.1 mg/kg,加标回收率为96.50%~104.67%,相对标准偏差为1.2%~4.2%,说明本方法可准确、灵敏、快速地检测预包装干米粉中是否过量添加EDTA-2Na。

表面增强拉曼光谱技术结合机器学习方法在生物医学领域应用的最新进展

近年来,运用表面增强拉曼光谱(SERS)技术对生物样本检测的研究发展十分火热,尤其是结合机器学习方法的SERS技术在临床样本诊断方面的运用日趋成熟。机器学习方法是基于无监督和有监督的算法,可以解决复杂的样本和大量、高维的数据信息,在生物分析领域受到高度关注。本文介绍了SERS技术结合机器学习方法的相关应用,尤其是在生物医学领域。SERS既可以使用免标记的策略检测生物样本的指纹信息,又可以使用标记方法跟踪蛋白质等生物标志物实现间接检测。本文总结了SERS技术结合机器学习方法用于血液、尿液、组织等临床样本进行疾病诊断的最新进展。此外,本文还汇总了细胞样本及其他复杂样本SERS分析中机器学习方法运用的实例。该文综述了这一领域的最新进展,为从事SERS生物分析领域的研究人员提供可借鉴的方案。

基于COMSOL的柔性表面增强拉曼散射基底研究

为提高表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底的性能,采用COMSOL Multiphysics仿真软件通过有限元法对两个相邻的纳米颗粒的模型进行仿真。仿真结果表明,当纳米颗粒半径一定时,增强因子随间距的增大而快速减小;当间距一定时,增强因子随半径的增大而增大,半径达到300 nm后,增强因子趋于稳定,且呈一定的下降趋势。同时,设计并构建了倒圆锥模型的SERS基底,仿真得到其增强因子为2.66×105,相比于倒金字塔模型(增强因子为1.57×105)具有更优异的性能。基于所得到的仿真结果对倒圆锥模型进行优化,银纳米颗粒间距从10 nm依次减小为5 nm,增强因子得到显著提高,极大地提高了表面增强拉曼散射基底的性能。