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.     

银纳米有序阵列SERS活性基底的制备及在膀胱肿瘤细胞检测中的应用

以多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina,PAA)膜为模板,采用真空电子束蒸镀技术,分别在PAA多孔层以及阻挡层表面形成了银纳米孔和银纳米帽有序阵列表面增强拉曼散射(surface-enhancedRaman scattering,SERS)活性基底,并以膀胱肿瘤细胞作为分子探针,测试和分析了这两种SERS活性基底的表面增强拉曼光谱的特性。结果表明,两种SERS活性基底对膀胱肿瘤细胞的拉曼散射信号均有很好的增强作用。银纳米帽有序阵列SERS活性基底不仅具有较高的SERS增强和荧光猝灭效应,而且不存在与PAA膜中草酸根杂质相关的干扰峰,可获得膀胱肿瘤细胞拉曼散射光谱的更多细节信息。     

银纳米阵列直径对SERS增强效果的影响

采用电化学沉积法分别在不同孔径的阳极氧化铝(AAO)模板上沉积一系列直径不同,排列规则的银纳米阵列。以对氨基苯甲酸(PABA)和三聚氰胺两种分子分别作为探针分子, 研究了银纳米阵列的直径大小对其表面增强拉曼散射(SERS)效果的影响。结果表明, 在波长为514.5 nm的激光激发下, 探针分子的SERS信号强度随银纳米阵列直径的改变而明显变化, 并在银纳米阵列直径约为53 nm时, SERS强度达到最大。利用电磁增强机制对此实验结果进行了分析和解释。     

表面增强拉曼散射(SERS)衬底的研究及应用

表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)是通过吸附在粗糙金属表面或金属纳米结构上的分子与金属表面发生的等离子共振(SPR)相互作用而引起的拉曼散射增强现象,是一种高灵敏的探测界面特性和分子间相互作用的光谱手段。文章归纳总结了近年来常用的SERS衬底的制备方法(溶液中的金属溶胶(MNPs in suspension)、 金属纳米粒子的自组装(self-assembly)、 模板法(Template method)和纳米光刻法(Nanolithographic)等;综述了这些衬底的表面增强拉曼特性;着重介绍了SERS增强在环境监测和生物医学应用上的最新国内外研究动态。目前已经能够实现增强因子高、 可靠性好、 重现性强的SERS衬底的可控制备,表明SERS可以作为一种高性能的分析探测工具,充分实现其潜在应用价值。     

氧化铟锡纳米阵列中的协同增强拉曼散射现象研究

一些具有表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering, SERS)性能的金属氧化物材料近年来被广泛研究,它们具有相较于传统贵金属材料更为优异的信号均匀度、材料稳定性和生物兼容性等。目前金属氧化物SERS的研究瓶颈在于拉曼增强效果一般,需要对其检测灵敏度进行有效提升方可实现日后的广泛应用。因为金属氧化物具有若干种区别于贵金属的材料特征,例如带隙、化学计量比、激子等多个维度的材料特性,所以金属氧化物可以通过调控若干种材料性能以达到协同增强拉曼散射的目的。本文选取氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)作为示例来研究重掺杂金属氧化物纳米阵列中的协同增强拉曼散射现象。该体系同时集成了重掺杂半导体材料的SERS性能以及光学干涉腔的特征,协同性地实现了ITO纳米阵列的SERS性能提升。该研究为金属氧化物SERS基底的研究提供了一个很好的案例,在对金属氧化物SERS材料性能进行提升时,需要对金属氧化物中可能产生的干涉现象进行有效利用。     

膜结构对金纳米线阵列表面增强拉曼散射的影响

金纳米线阵列作为表面增强拉曼散射的基底能够产生有效的增强效应,金纳米线阵列通过金线之间的电场耦合产生增强的拉曼信号。在实验中,制备出金纳米线阵列与金纳米刷,两种样品结构不同,金纳米刷的一面带有金膜。用巯基吡啶作为探针分子,金纳米刷的SERS实验显示出很好的增强效应,增强因子为106,不同位点的SERS谱具有区域不均一的特征。而相同实验条件下的金纳米线阵列的增强因子只有102。光学吸收谱表明这两种结构均发生了共振吸收增强电场,对其结构的分析表明,这两种结构具有不同的电场局域化分布,同时金纳米刷中金线上端强烈的电场耦合,这是其具有更好的增强效用的原因。同时,4-MP的表面增强拉曼谱的变化特征体现了化学增强效应的影响。     

PS微球阵列的制备与表面增强拉曼散射研究

为了研究不同直径PS微球(表面溅射Ag膜)基底的表面增强拉曼散射(SERS)效应,制造了一个新的表面增强拉曼散射(SERS)基底。通过在n型(100)单晶硅片上采用旋涂的方法,得到不同直径的呈六角形有序排列的单层PS微球阵列,然后在PS微球阵列表面磁控溅射一层约30 nm的Ag膜。利用拉曼光谱仪以罗丹明R6G为探针进行了SERS光谱测定,分析比较了不同直径PS微球阵列的表面增强拉曼散射效应,结果表明,溅射有Ag膜的PS微球基底在不同直径下均有不同程度的SERS效应。随着微球直径的增加,PS微球阵列的起伏程度不断加强(粗糙度不断增加),SERS信号逐渐增强,当球直径达到600 nm时,峰的增强信号达到最大,进而获得了一个最优化的SERS基底。同时发现在基底上获得了高信噪比的R6G的SERS光谱, 与苯环相关的一系列CC双键伸缩振动特征谱以及与苯环相关的面内、面外变形振动特征谱均获得了明显增强。这种单一的大区域的拉曼散射基底,呈现出高低相间起伏分布的微观形貌,不同PS微球之间的空隙和深度有很明显的不同,能够显著改善表面Ag膜颗粒的大小和分布,进而提高了PS微球基底的SERS活性。该基底所具有的特殊阵列结构使其在利用SERS探究化学和生物等领域的单分子结构有很大的应用潜力。     

金纳米团簇组装的表面增强拉曼散射基底

表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术是一种高灵敏度的检测技术，已在社会发展的多个领域显示出潜在的应用前景。SERS活性基底的大面积、低成本、可控制备是表面增强拉曼散射光谱学研究领域的热点之一。利用溶液法将直径小于5 nm的金纳米团簇旋涂成膜，调控退火温度和时间，将金纳米团簇融合组装成随机分布的金纳米岛。由于融合组装过程在150～210 ℃范围缓慢，控制条件可实现具有高密度增强“热点”的SERS基底，方法简单、成本低廉、面积大、均匀性高。我们利用该方法可重复性获得了性能优良的SERS基底。该基底对表面吸附的单分子层，具有强烈的表面增强拉曼散射光谱响应，150～210 ℃退火样品的宏观增强因子106～107量级。研究表明：相同条件下150～180 ℃退火，金纳米团簇首先融合成直径10～20 nm细小金纳米岛；退火温度190～210 ℃时，形成10～20 nm细小金纳米岛与50～70 nm金纳米岛混合并存的现象。拉曼光谱表征显示：大、小金纳米岛混合并存样品的宏观增强因子高于细小金纳米岛组成的样品。经220 ℃退火后，金纳米团簇完全融合成直径50～100 nm的金纳米岛，岛间距也随之增大，导致纳米岛之间的电磁场强度呈指数衰减，220 ℃退火的样品具有较低的增强因子。本论文揭示了金纳米团簇的缓慢自组装机制，分析了金纳米岛的形貌与表面增强拉曼散射光谱的关系，为该基底的应用研究奠定基础。     

基于银胶纳米颗粒的痕量三硝基甲苯的表面增强拉曼光谱的实验研究

近年来对作为典型的硝基苯环类炸药的三硝基甲苯(TNT)的痕量检测受到越来越多的关注。将银胶纳米颗粒作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,研究了10-6 mol.L-1的TNT的表面增强拉曼光谱的优化实验条件,重点研究了氯化钠溶液(NaCl)的含量以及碱性水解对TNT的表面增强拉曼光谱的影响。实验发现SERS样品中如果没有加入NaCl溶液,将观察不到TNT的SERS谱。加入的NaCl的含量必须在某一个范围之内才能观察到TNT的SERS谱,而且在这个范围之内,随着NaCl含量的增加,TNT的1 392cm-1处的拉曼峰出现先增大后减小的现象。对NaCl在TNT的SERS中的作用给予了理论解释。研究还发现TNT分子经过碱性水解后,与银纳米颗粒之间的吸附作用增强,其SERS谱的强度明显优于未经碱性水解的SERS结果。     

不同粒径、超均匀球形金纳米粒子合成及其表面增强拉曼散射效应研究

以氯金酸为原料,抗坏血酸为还原剂,柠檬酸钠为保护剂,用化学还原(种子生长)法制备了不同粒径、超均匀的球形金纳米粒子溶胶,并通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。结果表明,随着金纳米粒子粒径的增大,其UV-Vis光谱中的吸收峰发生红移并出现四极峰。为进一步研究金纳米粒子表面增强拉曼散射(SERS)效应的作用机理并优化其灵敏度,我们以罗丹明6G(R6G)为探针分子,对不同粒径的金纳米粒子进行SERS表征,发现R6G的SERS信号随着金纳米粒子的增大先增强后减弱。当金纳米粒子的平均粒径达到120 nm时,产生最强SERS信号增强,增强因子约为1.1×107。三维时域有限差分法(3D-FDTD)理论模拟纳米粒子阵列电磁场分布结果与实验数据的趋势一致。     

Modeling of regular gold nanostructures arrays for SERS applications using a 3D FDTD method

We study the localized surface plasmon resonance (LSPR) and the surface-enhanced Raman scattering (SERS) of arrays of gold cylindrical and ellipsoidal nanoparticles with different diameters or major axes. The LSPR and SERS gains are calculated with the three dimensional Finite-Difference Time-Domain method using the Drude–Lorentz dispersion model. We find that the maximum of the extinction spectrum and the average SERS gain of each investigated nanostructures are shifted whatever their size and their shape. PACS 42.25.Fx; 71.45.Gm; 78.30.-j     

二维银球腔阵列的制备及其在SERS检测中的应用

以密堆积的700 nm单分散聚苯乙烯微球为模板,采用多电流阶跃方法制备了不同深度的二维有序微/纳尺度银球腔阵列。通过扫描电子显微镜,反射紫外对球腔形貌及表面等离子体共振进行了表征,以对氨基苯硫酚及罗丹明6G为探针分子进行了表面增强拉曼光谱(SERS)的研究。结果表明,通过控制电化学沉积的条件可以实现对球腔形貌的控制。以该种球腔阵列作为SERS基底,其增强因子可达107,并具有良好的信号重现性,信号间相对标准偏差小于8%。该基底用于对罗丹明6G的定量检测,检测限可达0.1 ng·mL-1。     

Surface-enhanced Raman spectroscopy based on ordered nanocap arrays

We fabricated the Ag cap array for surface-enhanced Raman scattering (SERS) by Ag deposition onto two dimensional polystyrene colloid sphere templates, and 4-mercaptopyridine (4-MPy) was used as the probing molecule. When the colloids with different size were chosen as the substrate for 20 nm Ag deposition, the film on 100 nm colloids gave the significant enhancement. SERS intensity increased with the increase of Ag thickness. When 20 nm Ag film was coated by Ta, the SERS signals decreased with the increase of Ta thickness, indicating the main effect from the top of cap structure. When Co layer was added under the Ag film, the SERS intensity decreased with the increase of Co thickness because the Co layer affects electromagnetic and plasmon resonance.     

Surface-enhanced Raman scattering effect of gold nanoparticle arrays: The influence of annealing temperature,excitation power and array thickness

Gold nanoparticle arrays are fabricated for surface-enhanced Raman scattering (SERS) and the effect of the annealing temperature, the thickness of nanoparticle array and the exciting power on the SERS signals are investigated. The particle distribution and particle size are dense and uniform on the glass substrate when the 10 nm gold film was annealed at 250 °C and strong SERS signals for Rhodamine 6G were achieved via a 532 nm excitation with a 10 mW power. The SERS signal at 1650 cm⁻¹ is enhanced more than 10 times as compared to that of the gold film without annealing. The strong SERS behavior of gold nanoparticle arrays may broaden the SERS applications in biomedical and analytical chemistry.     

Electrodeposition of silver nanoparticle arrays on ITO coated glass and their application as reproducible surface-enhanced Raman scattering substrate

In this paper, a double-potentiostatic method is used for preparation of highly efficient and uniform surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate. The method takes advantage of the quick nucleation and slow growth process, yielding silver nanoparticle arrays (NAs) containing large amount of hot spots, which bring about these dense silver NAs for reproducible SERS application.     

四种D—氨基葡萄糖甘氨酸混配金属配合物与DNA作用的SERS光…

研究了四种Ｄ－氨基葡萄糖甘氨酸混配合金属配合物的表面增强喇曼光谱（ＳＥＲＳ），发现它们在角胶上的吸附方式基本相同，因而ＳＥＲＳ光谱也基本相似，并用ＳＥＲＳ光谱研究了它们与ＤＮＡ的相互作用，发现这四种化合物与ＤＮＡ的作用能力有很大不同，Ｃｏ（Ⅲ）ＧｌｕＧ是值得进一步研究的可能抗癌药物。     

在银、金和铂基底上银纳米粒子诱导的单层有机分子的表面增强拉曼散射(英文)

Noble metallic nanostructures exhibit a phenomenon known as surface-enhanced Raman scattering （SERS） in which the scattering cross sections are dramatically enhanced for molecules adsorbed thereon. Thanks to the enormously large enhancement factor on the order of 106～1015, one can readily acquire thevibrational spectra from adsorbates on roughened surfaces of Ag, Au, and Cu. However, SERS has not developed to be as powerful a surface technique as many people had hoped initially because of two specific obstacles.