应用球形和海胆状金混合SERS基底检测高环多环芳烃

合成了海胆状金银复合纳米材料,并与球形金纳米材料混合作为表面增强拉曼活性基底实现了对水中高环多环芳烃的痕量检测。对海胆状材料进行表征,粒径大小约为300～400 nm,表面有40～100 nm明显的刺状凸起。与球形金溶胶混合后并优化pH值及混合比例等参数,产生了优于球形金溶胶2～3倍的增强效果。利用此增强基底检测了危害严重的高环多环芳烃污染物——芘(四环)、苯并蒽(四环)、苯并芘(五环),得到的光谱数据反映出混合SERS基底有良好的重复性和稳定性,对测得光谱进行特征峰归属分析,固体拉曼光谱与水溶液SERS光谱有确定的对应关系,并且在低浓度范围多环芳烃特征峰峰强与其水溶液浓度有良好的线性关系。经计算,芘(四环)、苯并蒽(四环)、苯并芘(五环)的检测限分别为0.44,2.92和1.64 nmol·L-1。该研究的创新点为合成了海胆金纳米颗粒,与球形金溶胶混合后制成新型高效SERS检测基底;选用自制高效SERS基底,实现了高环PAHs痕量检测。结果表明,利用该方法制备的活性基底,可实现对水中高环多环芳烃的痕量检测,为检测水中高环多环芳烃提供了实验室依据。     

银修饰的氨基改性粉末多孔材料作为表面增强拉曼光谱基底用于检测有机磷农药的研究

本文提出了一种新型的基于银修饰的氨基改性粉末多孔材料的表面增强拉曼光谱(SERS)检测方法,以乐果为探针分子,分析了银溶胶的量和反应时间对基底SERS活性的影响。乐果和水胺硫磷在以银溶胶为基底时,分别只能检测到100mg/L和7mg/L,而以银修饰的氨基改性粉末多孔材料为基底时,乐果和水胺硫磷的最低检测浓度分别达到0.5mg/L和0.14mg/L,说明该基底具有很好的增强效果。此外,检测低浓度下乐果和水胺硫磷的混合农药溶液,各农药的特征峰在谱图中仍然能清晰可辨。根据实验结果可以推测,银修饰的氨基改性粉末多孔材料作为SERS基底,可以有效地应用于有机磷农药残留的检测。     

DNA模板自组装正电荷纳米金基底的增强SERS效应

本文将合成的直径为10 nm的正电荷金纳米颗粒通过静电作用高密度自组装到带负电荷的长链λ-DNA分子上, 形成了高密度的具有纳米间隙的金纳米颗粒网络结构。研究了孤立的金纳米颗粒和所自组装的金纳米颗粒-DNA复合材料作为表面增强拉曼散射(SERS)基底的活性。原本对SERS信号响应较弱的10 nm直径的金纳米颗粒, 在自组装到DNA上形成具有纳米间隙的金纳米颗粒网络后, 产生了均匀、一致、强烈的SERS增强响应。我们利用用该基底对罗丹明G(R6G)、吡啶(Py)和对巯基苯胺(4-ATP)等不同类型的小分子化合物进行SERS检测的结果表明, 此方法制备SERS基底产率高、均一, 具有较好的SERS增强效果好, SERS信号稳定性和重复性相对常规孤立的金纳米颗粒SERS基底有很大提高。     

纳米粒子修饰硅胶整体柱的制备及其在柱表面增强拉曼光谱应用研究

通过溶胶-凝胶法以四甲氧基硅烷(TMOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)作为混合的前体,聚乙二醇(PEG)为致孔剂,制备了具有贯通孔道结构的双孔硅胶整体柱,采用3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MTPMS)对硅胶整体柱表面进行巯基化修饰后,分别将金、 银纳米粒子组装在整体柱材料表面。 利用透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 扫描电子显微镜(SEM)对金、 银纳米粒子形貌、 吸收光谱及组装金、 银纳米粒子前后整体柱的形貌进行了表征。 以对巯基苯胺(PATP)为探针分子,分别采用波长为633和532 nm的激发光作为激发光源,研究金和银纳米粒子修饰的硅胶整体柱的在柱表面增强拉曼光谱(SERS)性能。 结果表明,该基底呈现出很强的SERS活性,结合整体柱的分离富集优势将在食品/环境领域现场痕量检测方面具有广泛的应用前景。     

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。     

基于三维表面增强拉曼基底的水中多环芳烃检测

为了快速检测水中痕量多环芳烃(PAHs),制备了一种高灵敏度的三维表面增强拉曼散射(SERS)基底。将GMA-EDMA多孔材料与参数优化的金纳米颗粒相结合,形成了高灵敏度三维SERS活性基底。相比仅用参数优化的金溶胶SERS基底,该三维SERS基底的信号强度有近一个数量级的增强,相比未调pH值的金溶胶基底,增强效果有2~3个数量级的提高,且具有良好的重复性,该基底内探测相对标准偏差(RSD)为4.78%~9.27%,基底间RSD为2.05%。利用该基底对三种较有代表性的多环芳烃菲、芘、苯并(k)荧蒽进行了SERS光谱探测,得到检测限分别为9.0×10~(-10),2.3×10~(-10),5.9×10~(-10) mol·L~(-1)。结果表明,这种检测方法操作简便、重复性好、灵敏度高,可以实现水中多环芳烃的痕量检测。     

纳米材料的表面增强拉曼散射增强机理研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高灵敏度、高分辨率、无损检测及不需要预处理等优点，已成为一种可以实现定性定量分子检测的有力工具，使目标分析物信号放大的痕量检测技术，甚至能够在分子水平上提供丰富的结构信息。虽然SERS增强机理一直存在争议，但目前被广泛接受的增强机理包括物理增强(电磁场增强)和化学增强(主要为电荷转移的贡献)。随着近年来金属、非金属等诸多材料应用于SERS领域，诸多学者对于影响SERS基底的增强因素产生广泛兴趣，对于SERS增强机理的研究具有重要意义。综述中主要从SERS电磁增强机理、化学增强机理及两者的协同机理三个方面对SERS增强机理进行阐述，分析哪些因素影响基底增强效应，为SERS增强机理的分析提供一些参考。同时提出不同基底结构在增强机理分析过程中面临的问题：(1)在电磁增强机理中，单一贵金属基底因其“热点”分布不均匀、不可控因素导致SERS灵敏度和重复性差等因素，对SERS电磁增强机理影响效果较大；(2)在化学增强机理中，单一半导体材料由于价格实惠、材料性能较稳定、表面易于改性等优点被广泛应用于SERS基底、由于增强能力较低等因素、对SERS化学增强效果不明显...     

表面增强拉曼散射光谱对人体尿液成份的初步研究

作为人体体液之一的尿液中含有多种人体新陈代谢的产物以及体内排出的毒素,如果能够对这些组分进行定性分析,就能够在一定程度上有效反映人体器官的健康状况,这是临床医学中重要的研究途径。该实验分别以785和1 030 nm激光作为源激发,以具有电磁场增强的金纳米粒子作为基底,利用表面增强拉曼散射光谱(SERS)对临床实验研究中所用的人体新鲜尿液的成份进行快速、无损分析。通过控制金纳米溶胶与尿液原液的混合比例从而来制备一系列具有不同配比的实验样品,并且通过实验我们获得其相应的SERS光谱。由实验结果分析可知,我们能够有效地得到尿液中尿酸、次黄嘌呤等多种成份的SERS光谱。与此同时,我们还研究了在不同波长激光条件下的尿液的SERS光谱。相较于1 030 nm的激光,785 nm的激光得到的SERS光谱具有较高的分辨率以及较低的背景值。与此同时,利用具有1 030 nm激光的便携式拉曼仪对实验样品进行快速、无损分析,有望为临床医学现场、快速分析诊断提供帮助和支持。而且相信,SERS能够在人类健康甚至生物组织的检测等方面提供更加详细的信息。     

微腔型银修饰光纤SERS探针的制备及性能研究

提出了一种基于银修饰的微腔型光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针,采用湿法检测,将光纤SERS探针直接放入待测溶液中,以罗丹明6G（R6G）溶液为探针分子,对所制备的光纤SERS探针进行远端实验性能研究。利用氢氟酸化学腐蚀的方法制备了一种微腔型光纤结构,通过控制氢氟酸的腐蚀时间得到了一系列不同腐蚀时间、不同微腔长度的光纤结构。实验研究了光纤结构的微腔长度对光纤SERS探针性能的影响,以浓度为10-3 mol·L-1的R6G溶液为探针分子,通过不断地优化纳米银溶胶与R6G溶液的混合顺序及比例,采用裸光纤微腔结构对混合溶液进行拉曼检测,发现当混合溶液的混合顺序及比例为先后混合等体积的纳米银溶胶和R6G溶液时,此时得到的混合溶液的拉曼信号增强性能最佳。利用得到的混合溶液去寻找拉曼信号增强效果最高时光纤微腔结构的结构参数,实验结果表明,在相同的实验条件下,当光纤放入氢氟酸中腐蚀时间为5 min时,此时光纤微腔结构的拉曼信号增强效果最佳。在显微镜下测量的多组腐蚀时间为5 min的光纤,其微腔长度平均约为81 μm。对得到的光纤微腔结构,采用制备过程可控的磁控溅射技术制备了一系列银纳米薄膜/多模光纤（Ag/MMF）的复合材料。当磁控溅射时间为10 min时,获得了光纤SERS探针（Ag/MMF-10）。实验以去离子水配制了不同浓度的R6G溶液,以不同浓度的R6G溶液为探针分子,Ag/MMF-10探针的远端检测限（LOD）低至10-7 mol·L-1。该光纤SERS探针拉曼信号的再现性光谱检测中显示各个特征峰的相对标准偏差（RSD）均小于10%。同时,该光纤SERS探针对浓度为10-6 mol·L-1的R6G溶液的增强因子（AEF）可高达2.64×106。实验结果表明所制备的银修饰的光纤SERS基底具有较高的灵敏度和良好的再现性。因此,该光纤SERS探针在生物医学检测、农残化学分析等痕量检测方面有潜在的应用价值。     

金纳米-Nylon柔性膜基底的制备及其SERS性能研究

表面增强拉曼光谱（SERS）是目前最灵敏的分析技术之一,广泛应用于生命科学、材料科学、环境科学及分析化学等领域。SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围,是推动该技术发展的关键,高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。为了获得最佳的拉曼信号,对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。柔性SERS基底因具有良好的柔韧性,3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势,在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点,将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合,通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数,制备了高SERS活性的金纳米-Nylon（Au-Nylon）柔性膜基底。研究表明,金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上,纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用,形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体,Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层,有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面,产生SERS“热点”效应,提高其SERS性能。利用结晶紫（CV）作为SERS探针分子,对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析,发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底,当单次过滤金溶胶1 mL,与膜结合2次,总结合量2 mL时,CV探针分子的SERS信号最强,SERS活性最强。采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5,1×10-5,1×10-6,5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测,发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1,增强因子达到1.0×104。此外,Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好,相对平均偏差为11.8%。Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中,仍具有良好SERS活性,对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。由此可见,研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性,并具有较好的SERS活性,该方法简单且易批量制备,无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。     

金纳米颗粒阵列基底的化学置换制备及其表面增强拉曼散射特性研究

表面增强拉曼(SERS)作为一种分析手段,具有高灵敏度、高选择性、高重复性、非破坏性等优点,在过去的几十年中,被广泛应用在成分检测、环境科学、生物医药及传感器等领域。其中以金、银等贵金属纳米颗粒薄膜在表面增强拉曼(SERS)活性基底方面得到了更为广泛的应用。SERS技术一个关键的因素是如何制设计并备具有大面积、高增强能力及高重复性、可循环使用的SERS基底。通常,贵金属纳米颗粒规则阵列结构的单元颗粒电磁增强特性及其颗粒间的电磁耦合增强特性的综合作用可大力提升SERS基底的探测性能。然而,利用传统微纳米加工方法如光刻、电子束光刻等方法制备得到的贵金属纳米阵列结构的表面粗糙度不够理想。结合光刻与化学置换方法制备金纳米颗粒四方点阵列孔洞结构,并研究其作为SERS基底的电磁增强特性。具体研究利用光刻法在硅衬底上制备了规则排列的四方点阵列孔洞结构,用磁控溅射在其表面镀上金属铁膜;接着在衬底上旋涂浓度为1.893 8 mol·L-1的氯金酸液膜,在孔洞内铁和氯金酸发生置换反应,进而孔洞生成金纳米颗粒,最终得到金纳米颗粒四方点阵SERS活性基底。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子测试不同金纳米颗粒阵列结构基底的SERS谱。实验结果表明,随着化学置换反应时间的延长,金纳米颗粒排列更加紧凑有序,SERS谱增强性能更好。     

Quantitative Analysis of Amoxicillin Residues in Foods by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

Amoxicillin is one of the most widely used antibiotics for food-producing animals and human beings. Amoxicillin residue in food-producing animals has become a growing concern for consumers because it has been proven to show potential carcinogenic, teratogenic, and mutagenic effects at a high-dose level in clinical use. So there is an urgency to develop a rapid, simple, and accurate detection method for amoxicillin residue in animal foods. In this study, surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) coupled with gold nanoparticles was used for the rapid analysis of amoxicillin. Density functional theory (DFT) calculations were conducted with Gaussian 03 at the B3LYP level using the 6-31G(d) basis set to analyze the assignment of vibrations. Results showed that the theoretical Raman spectra of amoxicillin were completely consistent with its experimental spectra. Gold nanoparticles used as a SERS substrate can significantly increase spectra signals of amoxicillin, and acidic pH can improve its characteristic peaks' shape and SERS sensitivity. Under optimum pH (pH 2), the detection limit could reach the level of 1 µg/mL in case of distilled water as solvent. Quantitative analysis of amoxicillin residues in foods revealed that the SERS technique with gold nanoparticles was sensitive and of a good stability and linear correlation. It was well suited for rapid analysis of amoxicillin residue in a great deal of food samples.     

Surface enhanced Raman spectroscopic readout on heavy metal ions based on surface self assembly

A new method is reported for detecting heavy metal ions by using the self assembled monolayer (SAM) technique and surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). The p‐mercaptobenzoic acid (MBA) served as the SERS readout molecule and the modified tag to attach on the smooth gold substrate as well as the tag of nanoparticles by the SAM method. Two carboxyl groups from MBA molecules which were attached respectively to gold substrate and gold nanoparticles were linked through the heavy metal ions (Cu²⁺, Pb²⁺ and Zn²⁺) as bridge, and thus sandwich structure of ‘MBA modified gold substrate/heavy metal ions/MBA modified gold nanoparticles’ was built for detection. The observation of the oxidation peak of metal nanoparticles from cyclic voltammetry (CV) curve, gold nanoparticles from scanning electron microscopy (SEM) images and SERS signal of MBA from the sandwich structure indicated the existence of heavy metal ions. The difference in the wavenumbers of vibrational modes from MBA in the sandwich structure constructed by different could be used to identify different heavy metal ions. The assembled structure was rinsed by strong chelator of EDTA solution to remove the heavy metal ions from the sandwich structure and thus to obtain a fresh gold substrate modified with MBA for the cyclic detection. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

溶液酸碱性对金纳米粒子在端基功能化单分子膜表面组装影响的SERS光谱研究

在4,4’-二硫联吡啶在Au表面形成自组装单分子层膜的基础上,采用表面增强拉曼散射光谱(SERS)研究了在不同pH值条件下金纳米粒子在4,4’-二硫联吡啶自组装单分子膜/Au体系表面的组装。研究结果表明,由于处于单分子膜表面的吡啶环中氮原子的质子化程度随溶液环境中pH值的变化而变化,使得金纳米粒子与单分子膜表面间的结合作用程度不同,由此会引起金纳米粒子在单分子膜表面的覆盖度存在差异,并最终导致所观测到的4-巯基吡啶自组装单分子膜的SERS光谱强度存在明显的差异。而且,令人感兴趣的是,所观测到的SERS谱峰强度随金纳米粒子组装时pH值的变化呈现出明显的规律性。结合分子结构特征的分析,初步阐明了SERS谱峰强度随pH值这一组装条件的改变而发生规律性变化的内在原因。     

新型冠状病毒S蛋白在金纳米粒子中的表面增强拉曼效应

表面增强拉曼光谱技术因其高灵敏度、操作简单、快速检测等优点,被广泛用于病毒检测方面。国内外的病毒拉曼检测研究主要集中在检测病毒核酸以及组成核酸的各种碱基的表面增强拉曼光谱(SERS),但少见对病毒蛋白的SERS检测。以新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白为检测对象,采用无标记SERS检测方法,对比SARS-CoV-2固态、饱和液态S蛋白的普通拉曼光谱和选用40 nm金纳米粒子为基底的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱。结果表明,以40 nm金纳米粒子为基底,采用SERS技术检测SARS-CoV-2的S蛋白是完全可行的。SARS-CoV-2的S蛋白分子中的羧基与金纳米粒子发生了分子增强,氨基与金纳米粒子发生了电磁增强,从而使得SARS-CoV-2的S蛋白拉曼效应得到了增强,并使得峰位发生一定移动。实验获得了较好的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱,为建立敏感、特异、快速的SARS-CoV-2检测新技术提供了一种方法。     

Effects of solid substrate on the SERS‐based immunoassay: a comparative study

A comparative study of the solid substrates used in surface‐enhanced Raman scattering (SERS) based immunoassay is made in this paper. Five different substrates were prepared and divided into two groups with and without SERS activity. They are (1) a poly‐L ‐lysine slide, (2) a glutaraldehyde (GA)‐aminosilane slide, (3) a substrate assembled with silver nanoparticles, (4) a substrate assembled with silver nanoparticles and functionalized with GA–aminosilane and (5) a substrate assembled with gold nanoparticles, of which the first two are substrates are without SERS activity and the latter three are with SERS activity because of the existence of the metallic nanoparticles. The SERS experimental results show that the immunoassay performed on an SERS‐active substrate is more effective than that employing the inactive substrate. Among the inactive substrates, the GA–aminosilane slide with a better ability for antibody immobilization leads to a more sensitive immunoassay than the poly‐L ‐lysine slide. Moreover, for SERS‐based immunoassay, the substrate with assembled silver nanoparticles has an advantage of higher SERS enhancement capacity over the substrate assembled with gold nanoparticles. This work indicates that SERS‐active substrates play important and positive roles in sensitive SERS‐based immunoassay. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Surface enhanced Raman scattering of molecules related to highly ordered gold cavities

We presented a controlled particles‐in‐cavity (PIC) pattern for surface‐enhanced Raman scattering (SERS) detection. The periodic gold cavity array was fabricated by electrodeposition using highly ordered polystyrene spheres as a template. The as‐prepared gold cavities can be used as a SERS active substrate with significant spectral enhancement and reproducibility, which was evaluated by SERS signals using 4‐mercaptobenzoic acid (4‐MBA) as probe molecules. The surface of these gold cavities was further functionalized with cetyltrimethylammonium bromide molecules, which may immobilize the 4‐MBA‐modified silver nanoparticles in the gold cavity to form a PIC structure via the electrostatic interaction. We have demonstrated that there exists a pH window for the immobilization of the nanoparticles inside cavities. Therefore, the silver nanoparticles can be selectively immobilized into the functionalized gold cavities under the optimized pH value of the media. Further enhancement of the Raman scattering of the labeled molecules can be achieved due to the interconnection between the silver nanoparticles and gold cavity. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有双共振吸收峰的Au纳米粒子制备及其拉曼表征

表面增强拉曼散射(SERS)很大程度的弥补了拉曼散射强度弱的缺点,迅速成为科研工作者们的研究热点,在食品安全、环境污染、毒品以及爆炸物检测等领域应用广泛。纳米技术的发展使得目前对于SERS的研究主要集中于金属纳米颗粒基底的制备,金属纳米粒子的种类、尺寸及形貌对SERS增强和吸收峰峰位均有影响,要获得好的增强效果,需要对金属纳米结构进行工艺优化。特别是,需要结合金属纳米粒子的结构和激励光波长,以期获得更好的增强效果。为了研究SERS增强和吸收峰之间的关系,开展了具有双共振吸收峰的金属纳米粒子的研究。首先利用FDTD Solutions仿真建模,主要针对金纳米颗粒直径、金纳米棒长径比及分布状态对共振吸收峰进行仿真,得到金纳米球理论直径在50 nm左右,金纳米棒理论长径比在3.5~4.5左右时,吸收峰分别分布在532及785 nm附近,符合多波段激励光拉曼增强条件;对于激励光偏振方向,其沿金纳米棒长轴方向偏振时吸收峰位于785 nm附近,沿金纳米球短轴方向偏振时吸收峰位于532 nm附近。然后采用种子生长法,制备了可用于多种波长激励光的双吸收峰表面增强拉曼散射基底。通过改变硝酸银用量(5,10,20,30和40 μL)、盐酸用量(0.1和0.2 mL)以及其生长时间(15,17,21和23 h)等多种工艺参数来控制金纳米棒含量,得到了同时含有金纳米球及金纳米棒的双吸收共振峰金纳米粒子。最后用该样品作为基底,罗丹明6G(R6G)作为探针分子,分别测试其在532,633和785 nm激励光入射时的SERS表征,对分析物R6G最低检测浓度均达到了10-7 mol·L-1,增强因子达到了~105,满足了多波段SERS检测的需要。