金纳米粒子自组装膜制备及苏丹红Ⅰ的分子SERS光谱研究

调节纳米颗粒相邻间距和排列方式,可以得到宏观有序纳米结构,其具有新的光、电性质,可作为研究亲脂性分子的表面增强拉曼光谱(SERS)基底。首先制备了直径为16 nm的金纳米粒子,通过界面自组装方法制得金纳米粒子膜,并利用扫描电镜、紫外-可见吸收光谱仪等对其进行了表征,结果表明其有两种膜结构,一种是均匀分布的单层膜,另一种是多层膜结构,它们的吸收峰在590 nm处。将其作为SERS基底,研究了相同条件下苏丹红Ⅰ分子在不同膜结构的谱学变化,发现单层和多层膜上苏丹红Ⅰ的SERS信号有明显差异。最后,初步探究了苏丹红Ⅰ分子随浸泡时间的吸附动力学。     

两种纳米粒子的自组装及表面增强拉曼光谱研究

在氨基硅烷化的单晶硅片表面通过静电自组装技术组装上金和金核铂壳两种纳米粒子,通过改变基底浸泡在溶胶中的时间控制基底上纳米粒子的密度。用扫描电子显微镜(SEM)对基底表面上的形貌进行表征,结果表明纳米粒子呈亚单层二维阵列分布。以吡啶(Py)为探针分子,用波长为632.8 nm的激发光作为激发光源,研究纯金和金铂复合基底上的表面增强拉曼光谱(SERS)行为。数据显示在金纳米粒子之间引入金核铂壳纳米粒子后,Py的两个特征峰的频率没有明显变化,但谱峰的强度却变弱了,其SERS信号衰减最大可至原来的24%。这是由于引入的铂的d态电子使金的等离子体激发猝灭,从而破坏了电磁场增强,使金的SERS信号衰减。     

谷胱甘肽在金纳米粒子有序膜表面吸附的表面增强Raman光谱表征

将制备好的金纳米溶胶粒子组装在3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)修饰的ITO导电玻璃表面,形成金纳米粒子有序膜。FE-SEM电镜图显示金纳米粒子有序膜呈现出较为均匀的亚单层分布。同时利用电化学方法对有序膜进行了表征。将有序膜作为表面增强Raman光谱(SERS)基底应用于生物分子谷胱甘肽的SERS光谱表征与分析。研究表明,所制备的金纳米粒子有序膜可有效应用于谷胱甘肽分子的SERS光谱表征与分析。     

金膜表面等离激元诱导邻巯基苯甲酸脱羧反应的表面增强拉曼光谱研究

贵金属纳米结构表面等离激元共振（SPR）因其广泛的用途而备受关注,它不仅可以催化某些特殊的表面反应,同时还能产生表面增强拉曼散射效应（SERS）,极大增强分子的表面拉曼信号,因此两者结合后可在纳米结构表面采用SERS光谱跟踪SPR催化反应。目前此类研究主要集中在氮氮（N═N）偶联,因此亟待拓展SPR反应种类及提高催化活性和效率。采用SERS光谱研究邻巯基苯甲酸（OMBA）分子在金纳米粒子单层膜（Au MLF）表面的脱羧行为。通过气液界面组装法制备“热点”分布均匀的金纳米粒子单层膜,以此作为基底,探讨了溶液pH值、激光功率及激光照射时长对该基底表面脱羧反应的影响。研究结果表明,吸附在Au MLF表面的OMBA分子在表面等离激元驱动下碱性和中性介质中发生脱羧基反应,生成苯硫酚（TP）,且碱性中反应活性大于中性溶液。在酸性介质中几乎不发生脱羧反应。较强的激光功率,脱羧反应的活性越高;产物SERS强度的增加与激光照射时间成线性关系,时间延长可提高脱羧反应的产率。这为拓展SPR驱动的光催化反应及深入理解其反应机理提供了实验依据。     

银和去合金银-金纳米粒子的SERS活性研究

用乙二醇还原硝酸银,聚乙烯吡咯烷酮作表面活性剂合成了大量的银纳米颗粒。银纳米颗粒和HAuCl4发生置换反应后形成去合金银-金纳米粒子。以吡啶和SCN-作为探针分子研究了它们的SERS活性。结果表明,当探针分子吸附于银纳米颗粒和去合金银-金纳米粒子上时,探针分子的特征振动峰强度增强、频率发生位移。SERS可表征纳米粒子物理和化学性质的变化。     

十八胺LB膜吸附组装金纳米颗粒研究

制备了十八胺单层、多层LB膜及粒径为几个纳米的金纳米粒子。pH值小于10.3时十八胺带正电荷,将其置于金纳米溶胶(pH值10.3)中,带负电荷的金纳米粒子与带正电荷的十八胺之间通过静电作用,金纳米颗粒被成功地吸附组装到十八胺LB膜中,形成纳米薄膜。紫外-可见光谱、红外光谱及扫描电镜显示:金纳米颗粒通过这种方法能够很好的组装在十八胺LB膜上,且其组装层整齐有序,同时也受十八胺LB膜层数及组装时间的影响。     

DNA诱导金纳米粒子自组装及其SERS表征

首先将巯基DNA分子与金纳米粒子偶联,并用琼脂糖凝胶电泳分离出含不同DNA分子数目的金纳米粒子,最后将修饰有互补DNA链的Au纳米粒子进行组装,得到组装体(五聚体)。透射电子显微镜(TEM)研究表明,DNA-Au纳米组装体被成功地获得;表面增强拉曼光谱(SERS)研究表明,与未组装的金纳米粒子相比,DNA-Au纳米组装体具有更强的SERS活性。     

CdS纳米粒子的自组装单分子膜制备研究

利用疏基乙酸与草酸的混合自组装单分子膜成功制备了粒径分布均匀的CdS纳米粒子，并用SEM，XRD，XPS，PL对样品进行了表征。SEM表明形成在自组装单分子膜表面上的CdS纳米粒子的平均粒径约为45nm。XPS表明在自组装单分子膜表面形成了CdS纳米粒子。PL谱表明CdS纳米粒子在675nm有一峰值波长，我们认为这一发光是由表面缺陷造成的。     

激光诱导法制备SERS光纤pH传感器

利用光化学法在光纤尖端快速沉积银纳米粒子构建活性层,通过银纳米粒子与探针分子4-巯基吡啶分子中的巯基吸附作用,将探针分子组装在银膜上制备SERS光纤传感器。检测光纤活性端在不同pH缓冲液中探针分子的SERS光谱,对比分析其SERS光谱特征峰强度及拉曼频移的差异,讨论探针分子在不同pH值下结构的变化、与银膜之间夹角的变化,并通过重复实验证明这种SERS光纤pH传感器在实际检测中的应用价值。     

Au@SiO_2单层膜间耦合效应的表面增强拉曼光谱研究

借助水/油两相界面自组装形成致密排列且有序稳定的Au@SiO2单层膜,通过膜层层转移到固相基底的方法制备了具有不同纳米粒子层数的SERS基底,成功在同一硅片上制备了六层Au@SiO2纳米粒子膜,研究了不同膜层数与SERS信号的关系,结合SERS成像技术可测定纳米粒子膜在基底上的层数。通过改变探针分子在多层纳米粒子膜上的位置,研究了纳米粒子膜间的耦合增强效应。研究表明,同一层膜表面探针分子的SERS信号分布均匀,随膜层数的增加,SERS信号明显增强,当膜层达到第五层时探针分子的SERS信号最强,之后几乎保持不变,说明SERS信号主要来源于表层的五层纳米粒子膜,位于五层以下纳米粒子对SERS效应并没有贡献。固定探针分子仅吸附于底层纳米粒子表面,当再覆盖一层裸露纳米粒子膜后,SERS信号达到最大,其主要源于热点的增强作用占主导地位,而覆盖至第三层时,SERS信号反而出现微小减弱,这是由于多层的Au@SiO2纳米粒子膜影响了激发光以及信号的传播,但粒子间产生的耦合效应仍对底层的探针分子起增强作用,当覆盖至五层Au@SiO2膜后,探针分子SERS信号完全消失,由此说明纳米粒子单层膜控制在三层以内可有效检测底层及以上所有纳米粒子上吸附分子的SERS信号,该结果为制备理想SERS基底提供了实验依据。     

溶液酸碱性对腺嘌呤分子吸附构型影响的SERS光谱研究

核酸碱基是构成核酸的基本单元,有关核酸碱基结构的研究是核酸研究工作的重要基础。本研究借助于表面增强拉曼散射技术,对不同pH值条件下腺嘌呤分子在金表面的吸附构型及其变化特征进行了研究。研究结果表明,随着溶液酸性的增强、腺嘌呤分子质子化程度的增大,腺嘌呤分子在金表面的吸附态倾向于由通过氨基和嘌呤环上7位的氮原子作为结合点的直立吸附转变为分子平躺的吸附形式。这一转变过程通过腺嘌呤的环呼吸全对称伸缩振动的特征谱峰其强度有规律的显著变化而得以表征。有关这一谱峰的增强作用可以通过表面增强拉曼散射的电荷传递(CT)机理来加以说明。     

巯基苯并咪唑在银电极表面的自组装吸附特性及表面增强拉曼光谱

采用循环伏安法处理Ag电极,得到活化的具有表面增强拉曼光谱(SERS)效应的粗糙Ag表面,进一步采用激光拉曼光谱探讨了2-巯基苯并咪唑(MBI)在其表面的自组装分子层的吸附特性。实验表明,在活性Ag表面的MBI自组装分子层能够产生理想的SERS效应,其强度随探针分子MBI浓度的增加先提高后减弱,达到一定浓度时因受其空间位阻等因素的影响,增强效应减弱。MBI在1×10^-6 mol·L^-1 浓度时增强效果最大。拉曼增强效应随着体系酸度的变化有着明显不同,在强酸性条件下的增强效应明显优于中性和碱性条件。MBI分子存在两种不同的异构体和在不同酸度下存在3种不同的存在形态,并形成动态平衡。pH <2时,MBI分子主要以硫酮式MBI⁺存在,并以巯基上的S:与活性Ag以配位方式吸附成键,其整个大π键平面垂直地吸附于Ag表面,产生相对较大的SERS信号。pH >2时,由于硫酮式和硫醇式与活性Ag的键合方式和能力不同,硫醇式上的S与Ag以S-Ag共价方式同时双键侧上的N以配位方式协同参与吸附成键,比硫酮式MBI⁺的单纯配位吸附要强,因而形成了竞争吸附,表现为SERS在pH=2~3.7之间的急剧下降。MBI硫醇式由于以S-Ag、N-Ag键的协同吸附,形成了倾斜侧卧式垂直吸附,而使拉曼增强效应相对减弱。     

内吞金纳米粒子的鼻咽癌细胞SERS光谱

采用内吞方法将金纳米粒子引入细胞内,测试分析单个活性CNE-1鼻咽癌细胞的常规拉曼光谱和SERS光谱,并对其进行初步谱峰归属。CNE-1细胞的常规拉曼光谱有6个主要的拉曼峰:718,1001,1123,1336,1446和1660cm-1;沉积于细胞内的金纳米粒子强烈地增强了细胞内生化物质拉曼信号,在内吞金纳米粒子的CNE-1细胞的拉曼光谱中出现了20多个SERS拉曼信号,主要拉曼峰的强度明显高于常规拉曼信号。DNA骨架振动(1026,1097,1336和1585cm-1)证明金纳米粒子通过内吞作用而进入细胞核内。结果表明,基于胶体金SERS技术可能为活性鼻咽癌细胞内生化物质的探测提供一种高灵敏的方法。     

L缬氨酸在金纳米颗粒上的变温表面增强拉曼散射

近红外激发下得到了不同温度下缬氨酸在金纳米颗粒上的SERS光谱。温度的变化范围为373~100 K,从373 K到273 K整体强度变强,峰数量也很多。263 K到193 K的温度区间内强度比较弱,到173 K时峰强度和数量又有所增加,接着降低到100 K时强度又变低,同时峰的位置也有一些移动。文章对SERS的部分峰位给予了适当的归属,并对上述变化给予了初步解释。     

Raman,infrared, SERS and theoretical study of 3‐(1‐phenylpropan‐2‐ylamino) propanenitrile,fenproporex

Infrared, Raman and surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectra of 3‐(1‐phenylpropan‐2‐ylamino)propanenitrile (fenproporex) have been recorded. Density functional theory (DFT) with the B3LYP functional was used for optimizations of ground state geometries and simulation of Raman and SERS vibrational spectra of this molecule. Bands of the vibrational spectra were assigned in detail. The comparison of SERS spectra obtained by using colloidal silver and gold nanoparticles with the corresponding Raman spectrum reveals enhancement and shifts in bands, suggesting a possible partial charge‐transfer mechanism in the SERS effect. Information about the orientation of fenproporex on the nanometer‐sized metal structures is also obtained. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型膜状金纳米活性基底的制备及拉曼光谱增强研究

贵金属纳米粒子作为增强基底已经广泛应用于表面增强拉曼光谱(SERS)研究,传统的贵金属纳米基底在制备方法、增强能力、准确性等方面仍有待改进和提高。采用一种简易、高效的方法制备出了一种具有膜状结构的新型金纳米增强基底：以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作保护剂和粘结剂,通过化学还原法制备金纳米基底。实验考察了还原剂种类、反应温度、体系pH和柠檬酸钠浓度对反应的影响,制备出增强效果最佳的新型膜状金纳米基底。利用罗丹明B作为探针分子,考察基底的SERS特征,其增强因子可达6.5×105。利用扫描电镜(SEM)对纳米粒子的结构进行了表征,结果表明其具有膜状结构,且比表面积大,利于分子的吸附。相比于传统的贵金属纳米基底,该实验所制备的新型膜状金纳米基底增强效果更佳、灵敏度和准确度更高,具有很大的应用前景。     

Single‐molecule detection of thionine on aggregated gold nanoparticles by surface enhanced Raman scattering

We report observations of single‐molecule detection of thionine and its dynamic interactions on aggregated gold nanoparticle clusters using surface enhanced Raman scattering (SERS). Spectral intensities were found to be independent of the size of Au nanoparticles studied (from 17 to 80 nm) at thionine concentration below 10⁻¹² M or at single‐molecule concentration levels. Raman line separations and, in particular, spectral fluctuations and blinking were also observed, suggesting temporal changes in single molecular motion and/or arrangements of thionine on Au nanoparticle surfaces. In contrast, by using dispersed Au nanoparticles, only ensemble SERS spectra could be observed at relatively high concentrations (> 10⁻⁸ M thionine), and spectral intensities varied with the size of Au nanoparticles. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

表面增强拉曼光谱研究胞嘧啶在银胶上的吸附行为

为探讨胞嘧啶(Cytosine,Cy)在基底银表面的吸附特性和规律,采用表面增强拉曼散射(SERS)光谱对其吸附行为进行分析,并结合量子化学密度泛函理论(DFT)/B3LYP计算方法对Cy分子的常规拉曼光谱(NRS)及Cy与Ag团簇吸附的SERS光谱进行计算,与测定结果进行比对且对其拉曼峰进行系统指认及归属,理论计算结合实测值探讨了Cy在基底Ag上的增强效应和吸附行为。考察了Cy分子在Ag纳米粒子上的不同吸附时间、浓度、pH等条件对SERS光谱的影响及优化,发现pH影响最大,在中性和强碱性条件下的增强效应明显优于酸性。Cy分子存在2种不同的异构体和3种不同的存在形态,并随酸度变化相互转化而达动态平衡。基于Cy在不同pH时的形态分布和相应的SERS变化规律,结合DFT算得的Cy分子中的电荷分布及在银基底表面的吸附机制,详细探讨了酸碱对Cy分子的SRES光谱影响的内因和吸附机理,指出在中性和弱碱性时,是Cy中的N3和O与Ag形成配位吸附;在pH大于11时,N与Ag形成配位吸附,而O与Ag形成共价吸附。     

Effect of surface morphology on surface‐enhanced Raman scattering of 4‐aminobenzenethiol adsorbed on gold substrates

The substrate‐dependent surface‐enhanced Raman scattering (SERS) of 4‐aminobenzenethiol (4‐ABT) adsorbed on Au surfaces has been investigated. 4‐ABT is one of the very unique adsorbate molecules whose SERS spectral patterns are known to be noticeably dependent on the relative contribution of chemical enhancement mechanism vs electromagnetic enhancement mechanism. The SERS spectral patterns of 4‐ABT adsorbed on gold substrates with various surface morphology have thus been analyzed in terms of the symmetry types of the vibrational modes. Almost invisibly weak b₂ type vibrational bands were observed in the SERS spectra of the 4‐ABT adsorbed on Au colloidal sol nanoparticles or commercially available Au micro‐powders because of the weak contribution of the chemical enhancement. However, greatly enhanced b₂ vibrational bands were observed in the spectra of the 4‐ABT molecules adsorbed on the synthesized Au(Zn) sponge or the electrochemically roughened Au(ORC) foil caused by the strong contribution of the chemical enhancement mechanism. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.