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。     

纳米银溶胶和微腔型光纤SERS基底的制备及其性能比较

通过化学法制备了纳米银溶胶基底和微腔型光纤表面增强拉曼散射(SERS)基底,其中光纤SERS基底的微腔结构是通过氢氟酸(H F)腐蚀得到的.实验采用湿法检测,首先将纳米银溶胶基底与罗丹明6G(R6 G)混合,找到增强效果最强时的裸光纤微腔结构,在此结构的基础上采用溶胶自组装法制备银纳米颗粒包覆的光纤SERS基底,通过控...     

基于微球自组装技术的大面积表面增强拉曼基底研究

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)能够有效解决常规拉曼中信号极弱问题,在低浓度分析物的痕量检测甚至单分子的检测中具有重要的应用前景,是化学、生物、环境等领域重要的分析手段。在SERS中,高性能SERS基底的实现是关键。本文以微球自组装技术为基础,制备了一种大面积、廉价、高效的SERS基底并对其进行了形貌表征和拉曼增强光谱研究。通过开展R6G分子的SERS研究发现,此种SERS基底对R6G拉曼散射信号的增强倍数是一般粗糙基底的五倍以上。结合数值模拟分析和系统的实验研究,得到了微球直径、纳米颗粒的高度等参数对基底表面附近局域热点和SERS增强倍数的影响规律,给出了最优化的SERS基底参数。本文工作可为SERS研究提供高性能的SERS基底。     

花状纳米金结构阵列的工艺制备与拉曼增强研究（英文）

基于纳米球光刻技术制备了一种花状纳米金结构阵列,经过PS509nm球旋凃和ICP氧刻蚀,再通过镀金膜与高温退火工艺,纳米球阵列的表面被粗糙化,进而形成了一种鳞状的花状阵列。FDTD仿真结果表明,制备的这种阵列具备很高的电磁场增强特性,主要的增强集中于纳间隙的边缘处。以罗丹明6G染料为探针分子测试基底的拉曼效应,与金基底的拉曼信号相比,该纳米结构阵列拉曼增强效应明显,对罗丹明6G的检测极限达到了10-6 mol/L的水平。     

花状纳米金结构阵列的工艺制备与拉曼增强研究

基于纳米球光刻技术制备了一种花状纳米金结构阵列,经过PS509 nm球旋凃和ICP氧刻蚀,再通过镀金膜与高温退火工艺,纳米球阵列的表面被粗糙化,进而形成了一种鳞状的花状阵列 。FDTD仿真结果表明,制备的这种阵列具备很高的电磁场增强特性,主要的增强集中于纳间隙的边缘处。以罗丹明 6G染料为探针分子测试基底的拉曼效应,与金基底的拉曼信号相比,该纳米结构阵列拉曼增强效应明显,对罗丹明 6G的检测极限达到了10-6 mol/L的水平。     

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。     

金微/纳颗粒阵列的SERS效应研究

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,简称为SERS)能够提供有机分子的指纹特征信息,且具有灵敏度高和响应时间快等优点,是一项具有发展前景的分析技术。纳米结构SERS基底是获得SERS信号的关键。本文利用简便的电沉积方法在硅片上制备大面积的金微/纳颗粒阵列。金纳米颗粒之间存在大量狭小的纳米间隙,在光激发下产生大量的SERS"热点",从而具有很高的SERS灵敏度。而且,这种金微/纳结构具有高结构稳定性和化学稳定性。该结构对浓度低至10-12 M的罗丹明6G(R6G)具有很高的SERS灵敏性,且具有很好的SERS信号均匀性。利用这种微/纳结构阵列SERS基底,实现对水中低浓度农药甲基对硫磷的成功检测。这表明我们制备的金微/纳颗粒阵列在检测环境中的毒性有机物污染物方面具有潜在的应用前景。     

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。     

银纳米粒子修饰三维碳纳米管阵列SERS实验

为了使表面增强拉曼散射(SERS)基底的三维聚焦体积内包含更多的“热点”,能吸附更多探针分子和金属纳米颗粒,以便获得更强的拉曼光谱信号,提出了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构作为SERS基底,并对其进行了实验研究。利用化学气相沉积(CVD)方法制备了垂直排列的碳纳米管阵列;采用磁控溅射镀膜方法先在碳纳米管阵列上形成一层银膜,再通过设置不同的高温退火温度,使不同粒径的银纳米粒子沉积在垂直有序排列碳纳米管阵列的表面和外壁。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁都均匀地负载了大量银纳米粒子,并且银纳米颗粒的粒径、形貌及颗粒间的间距随退火温度的不同而不同。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子,拉曼实验结果表明：R6G浓度越高,拉曼强度越强,但是R6G浓度的增加与拉曼强度增强并不呈线性变化;退火温度为450 ℃,银纳米颗粒平均粒径在100～120 nm左右,退火温度为400 ℃,银纳米颗粒平均粒径在70 nm左右,退火温度为450 ℃的拉曼信号强度优于退火温度400和350 ℃。     

银覆盖冠状硅柱阵列基底的制备、SERS特性分析及肿瘤标志物miRNA-106a的检测

以聚苯乙烯(PS)小球为模板,采用金属辅助刻蚀和湿法化学刻蚀技术,制备大面积冠状硅柱阵列,再原位生长银纳米粒子后得到银覆盖冠状硅柱阵列(Ag/Si CPA)基底。实验表明,制备的基底具有优良的表面增强拉曼散射(SERS)特性,电磁增强因子达到1.81×10~6。同时,将制备的罗丹明分子(R6G)标记的DNA发卡探针与基底链接,在与miRNA-106a互补杂交后进行SERS信号检测,获得相应的剂量-响应曲线。结果表明,基于(Ag/Si CPA)基底的SERS特性,开展miRNA-106a的检测,具有特异性好和灵敏度高的优势,检测范围为1 fmol·L~(-1)～100 pmol·L~(-1),检测极限为0.917 fmol·L~(-1)。此外,与实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(RT-qPCR)方法相比,不仅检测结果一致,而且基于SERS光谱技术的检测方法具有更高的灵敏度。     

Large‐area Ag nanorod array substrates for SERS: AAO template‐assisted fabrication,functionalization, and application in detection PCBs

Highly ordered arrays of thiolated β‐cyclodextrin (HS‐β‐CD) functionalized Ag‐nanorods (Ag‐NRs) with plasmonic antennae enhancement of electrical field have been achieved for encapsulation and rapid detection of polychlorinated biphenyls (PCBs). The large‐area ordered arrays of rigid Ag‐NRs supported on copper base were fabricated via porous anodic aluminum oxide (AAO) template‐assisted electrochemical deposition. The inter‐nanorod gaps between the neighboring Ag‐NRs were tuned to sub‐10 nm by thinning the pore‐wall thickness of the AAO template using diluted H₃PO₄. The nearly perfect large‐area ordered arrays of Ag‐NRs supported on copper base render these systems excellent in surface‐enhanced Raman scattering (SERS) performance with uniform electric field enhancement, as testified by the SERS spectra and Raman mappings of rhodamine 6 G. Furthermore, the Ag‐NRs were functionalized with HS‐β‐CD molecules so as to capture the apolar PCB molecules in the hydrophobic cavity of the CD. Compared to the ordinary undecorated SERS substrates, the HS‐β‐CD modified Ag‐NR arrays exhibit better capture ability and higher sensitivity in rapid detection of PCBs. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

利用高活性和重复性的银薄膜衬底SERS检测芥子气及其水解产物

通过化学浴沉积的方法制备了一种高SERS活性和重复性的银薄膜衬底。分别采用扫描电子显微镜和拉曼光谱研究了沉积时间对银薄膜微观形貌和SERS活性的影响, 优化的沉积时间为120分钟。利用优化的银薄膜衬底, 可以检测到10-9 M 的罗丹明分子的SERS谱图, 表明该银薄膜衬底具有很高的SERS活性。相同实验条件下, 在一片银薄膜衬底上任意选择16个点测试R6G的SERS谱图。分别计算了R6G的8个特征峰16次检测的相对标准偏差, 最大相对标准偏差小于13% 。实验结果表明, 该衬底具有很好的重复性, 可应用于SERS 的定量分析。采用优化的银薄膜衬底检测了不同浓度的芥子气及其水解产物硫二甘醇。分别结合芥子气和硫二甘醇的常规拉曼光谱和文献报道, 对它们的SERS谱图进行了指认和归属。20分钟内, 对芥子气和硫二甘醇的检测限可分别达到320 ppm和1 ppm (g/g)。     

银/硅纳米孔柱阵列活性基底的SERS效应研究

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用浸渍法制备出一种具有规则表面形貌特征的银/硅纳米孔柱阵列(Ag/Si-NPA),并以R6G为探测目标材料,对其表面增强拉曼(SERS)效应进行了研究。结果表明,对于R6G浓度低至10-15M,Ag/Si-NPA均能表现出清晰的特征SERS峰。随着浓度的降低,R6G的荧光淬灭,所测拉曼光谱的基线降低,但特征峰峰位基本保持不变。在低浓度10-15M时得到的SERS光谱,理论上证明为单分子光谱。此外,Ag/Si-NPA活性基底具有较好的稳定性,在长达28天的自然老化过程中,Ag/Si-NPA能够保持对R6G较高的探测水平,光谱具有较好的信噪比和分辨率。Ag/Si-NPA是一种理想的SERS活性基底。     

密排银颗粒薄膜的制备及其SERS应用

银纳米颗粒通过自组装形成二维结构薄膜具有独特的光学性质,其提供的大量“热点”使其成为优越的表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman Scattering,SERS)基底.本文采用水/正己烷界面上自组装的方法得到了由密排的银纳米颗粒构成的薄膜,并以Rhodamine 6G为探针分子,比较了不同尺寸银...     

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.     

电荷转移对纳米金属吸附分子拉曼光谱影响

在金,银纳米粒子表面修饰对巯基苯胺(PATP)分子,对其进行紫外及拉曼光谱性质表征。紫外吸收光谱显示修饰了单分子层的纳米粒子表面等离子体共振发生较大的红移,银粒子位移程度大于金粒子的。其拉曼散射增强效应研究表明,对巯基苯胺b2振动模式的极大增强是由电磁增强和化学增强效应共同决定的。金、银粒子上对巯基苯胺单分子层拉曼散射增强效应的差异主要来自金属与对巯基苯胺之间电荷转移能力的不同。     

Controllable optical activity of non-spherical Ag and Co SERS substrate with different magnetic field

We experimentally fabricate a non-spherical Ag and Co surface-enhanced Raman scattering(SERS) substrate, which not only retains the metallic plasmon resonant effect, but also possesses the magnetic field controllable characteristics.Raman detections are carried out with the test crystal violet(CV) and rhodamine 6G(R6G) molecules with the initiation of different magnitudes of external magnetic field. Experimental results indicate that our prepared substrate shows a higher SERS activity and magnetic controllability, where non-spherical Ag nanoparticles are driven to aggregate effectively by the magnetized Co and plenty of hot-spots are built around the metallic Ag nanoparticles, thereby leading to the enhancement of local electromagnetic field. Moreover, when the external magnetic field is increased, our prepared substrate demonstrates excellent SERS enhancement. With the 2500 Gs and 3500 Gs(1 Gs = 10~(-4)T) magnetic fields, SERS signal can also be obtained with the detection limit lowering down to 10~(-9)M. These results indicate that our proposed magnetic field controlled substrate enables us to freely achieve the enhanced and controllable SERS effect, which can be widely used in the optical sensing, single molecule detection and bio-medical applications.     

Enhancements in intensity and thermal stability of Raman spectra based on roughened gold substrates modified by underpotential deposition of silver

In this study, electrochemically roughened gold is modified with underpotential deposition (UPD) silver to investigate the effects on enhancements in the intensity and the thermal stability of surface‐enhanced Raman scattering (SERS). The SERS of Rhodamine 6G (R6G) adsorbed on the UPD Ag‐modified Au substrate exhibits a higher intensity by six‐fold of magnitude, as compared with that of R6G adsorbedon the unmodified Au substrate. Moreover, the SERS enhancement capabilities of UPD Ag‐modified Au and unmodified Au substrates are seriously depressed at temperatures higher than 200 and 150 °C, respectively. It indicates that the modification of UPD Ag can significantly depress the thermal destruction of SERS‐active substrates. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.