纳米银基底表面增强拉曼散射效应仿真及优化

为了更大发挥拉曼光谱在生物检测及传感领域中的作用,表面增强拉曼散射中信号增强与基底复用之间平衡优化需求一直在激励着新型基底的发展。通过用有限元方法对不同银纳米结构(不同尺寸、不同大小、不同结构)基底的表面增强拉曼散射效应进行设计优化。对三种常见结构基底进行仿真,并对结果进行对比分析,表明仿真结果与已发表的相似基底实验结果一致。

树枝状银微纳结构的表面增强拉曼散射效应研究

利用两电极电化学沉积法制备出一种树枝状银微纳结构基体。扫描电子显微镜(SEM)的表征结果证实所制备的银基体呈现出完整的树枝状结构,具有对称性的树枝和树干,且树叶清晰可见。实验结果表明,树枝状银微纳结构的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)可以检测到超低浓度的罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G,10^(-10)mol/L)光谱信号,即树枝状银微纳结构作为SERS基体表现出较好的灵敏性;当R6G的浓度在10^(-5)~10^(-10)mol/L范围依次降低一个数量级时,谱带610 cm^(-1)处的拉曼散射强度的相对标准偏差分别为12.1%,12.0%,11.7%,10.9%,13.2%和14.3%,表明所制备银基体的SERS"热点"(Hot spots)分布较均一,树枝状银微纳结构作为SERS基体具有较好的重现性;当低SERS活性的3-巯基丙酸(3-Mercaptopropionic acid,3MPA)的检测浓度为10^(-5)mol/L时,利用树枝状银基体能检测到3MPA的SERS光谱,说明所制备的银基体对低活性物质也具有较好的SERS灵敏性。

离子液体存在下铜的电沉积及其表面增强拉曼散射效应研究

离子液体作为一种绿色介质,在电化学领域中的研究正在兴起,引起了研究者的浓厚兴趣。文章运用循环伏安法研究了离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,[bmim]BF4)存在时,酸性硫酸铜溶液中铜在铜电极上的电化学沉积行为。研究表明,[bmim]BF4的加入使铜的沉积峰电位负移,沉积电流增加。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对铜镀层的形貌及结构进行表征,结果显示离子液体的存在可使铜镀层的层状晶粒尺寸减小,镀层出现(220)高择优取向。以甲基橙(MO)为探针分子,研究了所得铜镀层的表面增强拉曼散射(SERS)效应,发现离子液体存在下得到的铜镀层是较好的SERS基底,具有良好的增强效果及稳定性。对MO分子的增强因子可达4.7×105,而且保存了60天后,其检测灵敏度没有显著的降低。

滤纸上纳米金膜及其表面增强拉曼散射效应

以定性滤纸为衬底,采用自组装吸附方法制备二维纳米金膜.场发射扫描电镜实验发现,该金膜在滤纸表面分布均匀且存在许多纳米金团簇.以罗丹明6G为探针分子,该金膜表现出良好的表面增强拉曼散射(SERS)效应,其检测限可以达到10-8mol.L-1.制备方法简单、快速、成本低,适合于批量生产.该基于滤纸制备的金膜有望用于实际领域的SERS检测.

一种具有较强表面增强拉曼散射效应的纳米银的特性

对一种具有较强表面增强拉曼散射效应的纳米银 ,进行了透射式电镜、吸收谱及稳定性测定 ,发现按同一方法在不同时间制备的胶态纳米银粒度分布均匀 ,粒径均为 5nm ,吸收谱除在 43 0nm处有一吸收峰外 ,在 2 1 0nm处还有一尖锐的吸收峰 ,室温下放置 7个月后仍具有较强的SERS活性。

一种简单方法制备CuO/Au纳米复合薄膜及表面增强拉曼散射效应研究

本文通过一种简单、可控的方法,用金纳米粒子复合氧化铜纳米板阵列,并研究了金纳米粒子复合后的的氧化铜纳米板阵列的结构和表面增强拉曼性能。结果表明,用金纳米粒子复合后的氧化铜纳米板阵列拉曼增强性能显著提高,CuO/Au纳米复合薄膜显现出较强的表面增强拉曼散射效应,并且能够准确反映探针分子的物质成分。从罗丹明6G的特征峰强度可以看出,随着Au纳米粒子含量的增加,R6G的特征峰强度有显著增加。当前驱液体积为0.4ml时,样品的增强因子可以达到2.7×10~4。CuO/Au纳米复合薄膜的表面增强拉曼散射主要来自于CuO与金属Au结合后所产生的电磁增强效应。这一结果表明,CuO/Au纳米复合薄膜在有机分子检测方面具有十分广阔的应用前景。

非晶态ZnO纳米笼的显著表面增强拉曼散射效应

表面增强拉曼散射（surface enhanced Raman scattering，SERS）光谱技术作为一种具有超高灵敏度的分子“指纹谱”识别技术，己被广泛应用于表面、界面研究、吸附物界面的物化性质研究、生物大分子的界面取向及构型、构象研究和结构分析。

1064nm激励下的表面增强拉曼散射效应仿真及优化

利用有限元方法建立了周期性三角银柱结构的表面增强拉曼散射(SERS)仿真模型,并与已发表的时域有限差分模型结构相比较,验证了模型的正确性。在1064 nm波长激发下,对不同三角形纳米粒子结构基底的SERS效应进行了仿真,并与相同结构常用波段激励下的SERS效应进行了比较分析。仿真结果表明,对于该三角柱结构模型,1064 nm激励下三角柱结构与常用波段一样具有较强的增强因子,并在入射角为62°、高100 nm、厚度为13 nm时可产生最大的增强因子。

表面增强拉曼散射效应无标记、无分离检测三聚氰胺

利用纳米金的表面增强拉曼效应,建立了一种快速、灵敏、无标记、无分离的检测三聚氰胺的分析方法。通过柠檬酸钠还原法制得平均粒径为30 nm的纳米金溶胶,利用Au-S之间的共价键作用,将对巯基苯硼酸（4-MPBA）自组装到纳米金的表面,构建了一个三聚氰胺的检测平台。当溶液中存在三聚氰胺（ MA）时, MA与4-MPBA之间存在强烈的氢键作用,使4-MPBA功能化的纳米金发生聚集。而且,MA的浓度越高,纳米金的聚集程度越大,形成的“热点”越多,4-MPBA和MA的拉曼信号越强。4-MPBA与MA的拉曼特征峰分别位于1076和715 cm-1处,若以I715与I1076的比值为依据,便可以实现三聚氰胺的定性及定量的检测,线性检测范围为0.1~1.5μmol/L,检出限（LOD）为0.02μmol/L。

银纳米颗粒阵列的表面增强拉曼散射效应研究

利用具有高密度拉曼热点的金属纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,可以显著增强吸附分子的拉曼信号.本文通过阳极氧化铝模板辅助电化学法沉积制备了高密度银(Ag)纳米颗粒阵列;利用扫描电子显微镜和反射谱表征了样品的结构形貌和表面等离激元特性;用1, 4-苯二硫醇(1, 4-BDT)为拉曼探针分子,研究了Ag纳米颗粒阵列的SERS效应.通过优化沉积时间,制备出高SERS探测灵敏度的Ag纳米颗粒阵列,检测极限可达10^(-13)mol/L;时域有限差分法模拟结果证实了纳米颗粒间存在强的等离激元耦合作用,且发现纳米颗粒底端的局域场增强更大.研究结果表明Ag纳米颗粒阵列可作为高效的SERS基底.

氮掺杂石墨烯的制备及其表面增强拉曼散射效应

为了提高氮掺杂石墨烯(NG)薄膜的氮掺杂浓度(氮原子质量分数)并控制掺氮类型,通过化学气相沉积法,采取气态源与固态源相结合的方式制备了高质量的单层NG薄膜。通过调控生长时间、三聚氰胺用量(碳/氮源)、制备温度等工艺参数,研究了NG薄膜的形貌、氮掺杂浓度、掺氮类型。结果表明:NG薄膜在生长过程中包括成核、生长、成膜等;适宜的制备温度(990℃)有利于氮原子掺入到碳碳平面内;高温(超过1000℃)不利于石墨氮的生成,而有助于吡咯氮的生长;氮掺杂浓度随三聚氰胺用量的增加先升后降,最大氮掺杂浓度可达6.98%;在一定范围内,增加三聚氰胺的用量有利于吡啶氮的生成;此外,与石墨烯相比,NG薄膜可以将罗丹明B分子的检出限降低至10-5 mol/L。

温度对银基底表面增强拉曼散射效应的影响

利用电沉积法制备了银基底,考察了焙烧温度对基底形貌和表面增强拉曼散射效应的影响。研究结果表明,制备的电沉积银基底呈主干及两侧分支组成的枝晶状,分支均具有高曲率的尖端,可以产生避雷针效应,增强基底的表面增强拉曼散射性能;对基底进行焙烧处理,在300℃时分支尖端开始消失并出现团聚现象,400℃时枝晶变得粗大,但有新的球状纳米颗粒生成,可以为表面增强拉曼散射提供新的“热点”。以罗丹明6G为探针分子,考察了制备的银基底在焙烧前后对其拉曼光谱信号的增强作用,发现增强效应随焙烧温度的增加而减小。基底未经焙烧处理时增强因子为1.62×10^(5),当焙烧温度为400℃时,其增强因子仍可达到2.16×10^(4),表明焙烧后的银基底仍具备较显著的表面增强拉曼散射效应。将制备的银基底用于1-乙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体不同温度下的原位拉曼光谱检测,发现其拉曼光谱信号显著增强。

金纳米复合丝素膜的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

金纳米颗粒所具有的表面拉曼增强(SERS)效应使其在生物医学检测方面有很多潜在的应用.文中分别采用原位合成、物理混合两种方法制备了金纳米复合丝素膜,并通过在丝素蛋白溶液中添加甘油的方法对丝素膜进行韧性、强度及不溶性的改进.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光度计(UV)对其形貌和结构进行表征.丝素膜表面生成的金纳米颗粒平均粒径约为30 nm,紫外-可见特征吸收峰出现在535 nm处.以4-巯基苯甲酸(4-MBA)进行了拉曼测试.结果表明,采用原位合成方法中两步合成法合成的金纳米复合丝素膜具有良好的SERS效应,可应用于痕量分析检测。

基于单个花状银纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应研究

在室温下,以硝酸银为银源,抗坏血酸为还原剂,通过调节表面活性剂聚乙烯吡络烷酮的浓度,实现对花状银纳米颗粒的可控制备。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段检测并分析了材料的形貌结构和成分组成。实验结果表明,当聚乙烯吡络烷酮的浓度为0.1 mol/L时,所制备花状银纳米颗粒的表面结构达到最精细的状态且颗粒的尺寸达到微米量级,适合对单颗粒进行定位与光学性质研究。以结构最优化的花状银纳米颗粒为表面增强拉曼散射基底材料,以羟基苯甲酸为探针,对单个和少数颗粒的表面增强拉曼散射效应进行了研究,并借助暗场散射光谱分析了基底的表面增强拉曼散射机理。结果显示,该花状银纳米颗粒因其独特的表面结构为拉曼信号增强提供了大量“热点”。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很大的应用前景。

二维层状材料的表面增强拉曼散射效应及高效分子探测性能

表面增强拉曼散射(SERS)因其无损检测、快速响应和高灵敏度等优点,已经发展成为一种高效的分子探测技术。但目前大多数关于SERS的研究仍然基于贵金属材料(如Au、Ag等),成本高、表面均匀性较低、生物相容性差等不足限制了其广泛应用。石墨烯具有原料来源丰富、二维原子级平面、大比表面积、高稳定性和独特的电学和光学性能等优势,研究表明其可作为一种有效的SERS基底材料,为相关研究开拓了新思路。近年来,过渡金属硫族化合物(TMDCs)、六方氮化硼、黑磷、二维碳氮化物等二维无机层状材料也开始受到研究者关注。本文综述了石墨烯、TMDCs等二维层状材料作为SERS基底的最新研究进展并阐述了SERS增强机理。在此基础上,提出了二维层状材料用于高性能SERS基底材料研究面临的一些挑战,并对该领域发展前景进行了展望。

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。

基于Au@4-ATP@Au凸多面纳米颗粒的多菌灵表面增强拉曼散射检测

表面增强拉曼散射(SERS)技术在农药残留的检测方面具有很大的潜力,但在痕量和定量分析方面仍存在局限性。提出了一种基于Au@4-ATP@Au凸多面纳米颗粒(NCPs-Au@4-ATP@Au)为增强基底的农药检测方法。XRD结果表明,由于探针分子对金前驱的选择性和诱导性,NCPs-Au@4-ATP@Au纳米颗粒与球形金纳米颗粒晶面结构信息有明显差异,具体体现在(200)处的强反射峰。结合扫描电镜与吸收光谱可以确定,NCPs-Au@4-ATP@Au同时具备球形与多面体结构特征。吸收峰较球形金纳米颗粒有明显红移,更加接近激发光波长,这在理论上更有利于SERS信号的增强。实验证明,以表面包覆高指数晶面,同时内嵌4-ATP作为探针分子的NCPs-Au@4-ATP@Au为增强基底,农药多菌灵(CBZ)的检测限(LODs)达到0.66 nmol·L^(-1)。通过对CBZ分子的拉曼与SERS光谱位移分析可以初步确定,CBZ分子是通过NH键和CO键吸附于金纳米颗粒上。Au@4-ATP@Au利用多凸面结构体提高灵敏度的同时,以4-ATP作为定标信号,归一后光谱稳定性和时效性也得到改善。内标峰强度矫正后光谱稳定性的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)低至7.03%,半个月内信号强度仅降低5.87%,RSD为2.94%。结果表明,NCPs-Au@4-ATP@Au提高了SERS在农药检测方面的痕量和定量检测能力,该基底有望推动SERS在实际中的应用。

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。

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。

表面增强拉曼散射光谱在miRNAs检测中的研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)因其灵敏度高、非侵入性、多路检测等特点,已广泛应用于生物医学检测。研究发现微小核糖核酸(miRNAs)的异常表达与多种疾病有关,miRNAs已成为一种新型的生物标志物。开发简单、灵敏、可靠的miRNAs检测方法,对miRNAs的生物学功能研究、医学诊断、疾病治疗和靶向药物研究具有重要意义。目前,与核酸信号放大策略相结合的纳米SERS探针,用于miRNAs检测表现出较高的灵敏度。然而实际样本中成分复杂,易产生背景信号,干扰检测结果;分离纯化过程繁琐,增加了检测时间。近年来,研究者们通过结合其他技术来优化检测,提高样本检测通量、简化操作、减少分析时间、提高分辨率。该论文主要介绍了基于SERS技术的miRNAs检测方法的最新进展,讨论了技术融合的优势与必要性,并总结了基于SERS技术的miRNAs检测用于临床检测还存在的问题,旨在为设计新型快速灵敏可靠的miRNAs SERS检测平台提供参考。