尿液中抗肿瘤药物6-巯基嘌呤的表面增强拉曼光谱检测研究

本文利用表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)技术实现了抗肿瘤药物6-巯基嘌呤(6-MP)的灵敏检测。利用种子生长法合成了粒径为62～68 nm,形貌均一的聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂的金纳米颗粒(PVP-AuNPs),采用扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见(UV-vis)吸收光谱对纳米单元形貌结构和均一性进行表征。PVP-AuNPs作为SERS活性基底,能够实现10~(-6) mol/L量级6-MP的灵敏检测,在经前处理后的尿液中6-MP的检测限可达10~(-4) mol/L。     

MnCo_2O_4@Au纳米纤维类氧化物酶的SERS活性及应用

近年来MnCo_2O_4材料由于其优异的催化活性和导电性在超级电容器、锂离子电池、CO_2还原燃料电池等方面被广泛应用。MnCo_2O_4表面富含氧化态的Mn~(2+)/Mn~(3+)和Co_~(2+)/Co~(3+)使其成为较好的类氧化物酶基底的电子传输介质~([1])。表面增强拉曼光谱技术是一种超灵敏的分子检测手段,类氧化物酶材料与贵金属复合,可以构筑一种氧化物酶与SERS协同增强活性的基底材料,以SERS技术来研究类氧化物酶催化分子反应的过程~([2])。这里,我们通过MnCo_2O_4与贵金属Au复合,由于MnCo_2O_4和Au纳米粒子之间的协同作用,MnCo_2O_4@Au纳米纤维复合材料比单独MnCo_2O_4和Au展现出更好的SERS活性及很好的类氧化物酶活性,进一步这种材料还可以检测有害的重金属离子。这种MnCo_2O_4@Au纳米类氧化物酶复合材料SERS基底在生物传感器、环境保护和食品安全方面具有广阔的应用前景。     

新型磁性rGO-TiO_2-Fe_3O_4 SERS基底

SERS作为一种振动光谱,具有高灵敏度、高选择性、快速无损检测等优点,并且能提供丰富的分子指纹信息,广泛应用于分析化学、材料科学、生命科学等领域~([1])。因此,探究具有高SERS活性的基底成为了研究热点。半导体材料TiO_2由于其化学性质稳定、易得、无毒且具有较好的生物相容性,使其成为人们备受关注的SERS基底。然而,TiO_2相对较弱的SERS活性限制了其在SERS领域的发展。同时,SERS基底的聚集状态难于控制,直接影响其SERS性能的可重现性和稳定性。相关研究表明,对半导体TiO_2的适当改性可有效改善其表面活性,进而提高其SERS活性~([2])。因此,本文开展了强吸附能力的还原氧化石墨烯(rGO)和磁性Fe_3O_4修饰的TiO_2(rGO-TiO_2-Fe_3O_4)作为新型SERS活性基底的研究,实现了优良的SERS性能。磁性rGO-TiO_2-Fe_3O_4基底容易与探针分子分离,便于检测,对4-MBA分子的最低可检测浓度为10-9 mol·L~(-1),显著低于纯TiO_2基底(1.0×10~(-5) mol·L~(-1))。     

Au-TiO_2纳米复合基底的制备及其SERS研究

通过溶胶-水热法合成TiO_2纳米粒子,然后采用光催化还原法通过改变氯金酸(HAuCl4)水溶液浓度和光照时间等参数制备不同量Au沉积的TiO_2(Au-TiO_2)纳米复合体,并以其作为SERS活性基底对吸附在其表面的探针分子(4-MBA)进行SERS研究。与纳米TiO_2上本征的SERS增强相比,适量的Au沉积导致复合基底对4-MBA分子具有更强的SERS增强效应,4-MBA的SERS信号增强来源于贵金属和半导体的共同作用;制备复合基底的光还原时间和氯金酸的浓度对复合基底的SERS增强效应均具有重要的影响。     

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。     

纳米酶表面增强拉曼研究进展

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶,而表面增强拉曼散射(SERS)是由于一些分子吸附在粗糙金属纳米粒子或其他具有增强性能的纳米材料表面引起的拉曼信号被极大增强的现象,二者有一定的共性。除了贵金属、双金属纳米酶SERS基底的SERS增强来源于电磁场增强机制以外,SERS纳米酶复合材料基底的SERS增强机制一般为电磁场增强与化学增强共同起到作用。由于纳米酶是以纳米材料为基础的催化材料,而SERS基底材料也依赖于纳米材料,纳米酶SERS基底材料的构筑需要协同材料的类酶催化和SERS两个方面的活性。然而SERS活性基底材料的引入有可能会减少催化剂表面催化中心位点,降低催化效率,还会由于被催化分子在催化活性材料与SERS活性材料上的吸附性能不同造成SERS检测信号不能真实反映催化反应的真实进程,很大程度上限制了SERS技术对于催化监测的应用。因此对于纳米酶SERS基底来说,其有效的设计构筑来协同复合材料的催化与SERS活性对于纳米酶催化体系研究具有重要的意义。纳米酶SERS基底材料对于SERS技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域应用具有重要的意义。基于特异性分子或者离子对于纳米酶催化反应的刺激响应,可以间接检测一些无拉曼散射截面的小分子,重金属离子和生物分子等,而这些分子本身是无法通过与基底的作用而直接被检测出来,对于这些分子的检测助于推进表面增强拉曼技术的普适化应用。纳米酶SERS基质材料的研究在理论和实际应用中具有重要价值,在催化机理、监测以及超敏生物传感领域具有广阔的前景。     

一种简单的方法制备双共振基底用于SERS检测

本文提出了一种快速简单制备的双共振基底用于SERS检测,该多层结构的纳米粒子间的区域表面等离子体以及光栅与介质间激发的表面等离子体极化激元产生耦合,导致了区域电磁场的提高,实现了SERS的增强。实验表明双共振基底的SERS强度可达到Au纳米粒子单共振SERS基底的10倍,说明了双共振SERS基底具有很高的灵敏性。RSD结果表明双共振基底也具有非常好的重现性。     

Ag/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

高灵敏基底材料是表面增强拉曼光谱(SERS)技术应用的关键。本研究采用电化学沉积法将氮化钛(TiN)薄膜与贵金属银复合,利用两者协同效应提高SERS灵敏度。借助XRD、SEM、UV-VIS和Raman等测试手段系统探究了电化学沉积参数对复合基底SERS性能的影响。研究发现,当沉积液浓度为5 mmol/L、沉积电压为5 V及沉积时间为5 min时,复合基底单质Ag和TiN两种物相共存,Ag纳米颗粒沿优势晶面生长,银颗粒在TiN薄膜上生长为棒状结构,分布均匀。与其他沉积参数下制备的基底相比,上述条件下合成的复合薄膜展现出较明显的等离子体共振吸收双峰,表明体系中Ag和TiN两相间产生等离子体共振叠加效应,电磁场耦合作用增强,局部表面等离子体共振耦合作用增加,薄膜表面形成更多的SERS“热点”,并有助于促进电荷转移,进而赋予基底较为优异的SERS性能。这证实了优化电化学沉积参数来调控复合薄膜形貌从而改善SERS基底性能的可行性,可为采用电化学沉积技术制备Ag/TiN复合薄膜作为SERS基底材料提供技术支持。     

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。     

非贵金属表面增强拉曼散射基底的研究进展

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)在分析检测领域中具有重要地位,然而随着其不断发展,贵金属SERS基底在实际应用中受到限制.基于C, Ti, Zn, Cu, Mo, W等非贵金属纳米材料的SERS基底相比于贵金属基底具有更优异的经济性、稳定性、选择性以及生物相容性等,逐渐被广泛研究和应用.并且由于其化学增强占主导的特性,非贵金属基底为SERS化学增强机理的研究提供了理想的平台.因此,本文对近年来非贵金属SERS基底的发展进行了综述,讨论了不同材料的增强机理及SERS性能,并探讨了其未来的研究与发展方向.     

表面增强拉曼散射胶带:一种原位检测平台

基于局域表面等离基元共振的原理,表面增强拉曼光谱(SERS)技术因其具有灵敏度高、使用方便、能提供近场增强的优点,广泛用于催化、光谱电化学、传感等领域[1-2]。表面增强拉曼基底是SERS的核心,硅片、玻璃片是最常用的用于制备SERS基底的衬底材料,然而他们的刚性特征限制了其应用范围。我们提出了一种简单的制备表面增强拉曼散射胶带的方法,利用胶带的粘性特征直接将沉积在刚性硅片表面的纳米结构转移至胶带表面。需要用时直接将胶带撕下来贴在需要检测的位置上,这种表面增强拉曼散射胶带可灵活方便用于固体、液体的原位检测和研究。     

金银/氮化钛表面增强拉曼基底制备及对烟酸的定量检测

表面增强拉曼光谱技术对分子具有特异性识别以及快速无损检测的能力,使其在药物检测方面具有重大的潜力。通过贵金属和氮化钛之间协同作用,使复合基底具有较高的SERS性能,提供了一种基于SERS技术的药物检测方法。采用电化学沉积及自组装法,制备出贵金属/氮化钛复合薄膜。研究表明,在复合薄膜中存在面心立方晶型TiN、金属单质Au和Ag三种物相;电子显微镜显示平均粒径分别为90和50 nm的金属Au和Ag颗粒均匀分布在TiN薄膜表面;基底的紫外-可见吸收图谱中出现了贵金属金与银纳米颗粒及TiN薄膜三者的特征等离子体共振吸收峰。以该复合薄膜为SERS基底,对烟酸溶液进行拉曼检测。结果显示,贵金属/氮化钛复合薄膜对烟酸具有显著的SERS效应,最低检测浓度为10-5 mol·L-1,对1 033 cm-1处烟酸拉曼信号强度及浓度取对数,发现两者间呈一定线性关系,其R2为0.969,得益于TiN,Au和Ag之间可发生表面等离子体共振引起电磁场增强,以及电荷转移效应。研究还发现,烟酸通过COO-基团垂直吸附在贵金属/氮化钛基底表面;在酸性环境下,烟酸N原子质子化主要以阳离子N＋H（Ⅰ）形式存在;在碱性环境时,主要以阴离子COO-（Ⅲ）形式存在。绞股蓝总甙溶液中模拟烟酸非法添加,该复合基底对其最低的拉曼检测浓度是10-5 mol·L-1,为现场快速检测非法添加药物提供了新途径。     

有机磷农药残留的表面增强拉曼光谱快速检测

农药残留严重影响人类身体健康与生命安全,故亟需建立一种简单高效的农药残留快速检测方法。本文以金纳米溶胶作为表面增强拉曼光谱(SERS)的增强基底,结合便携式拉曼光谱仪,实现了倍硫磷与对硫磷等常用有机磷农药的多靶标同时检测。结果表明倍硫磷和对硫磷分别在1053 cm~(-1),1216 cm~(-1)和857 cm~(-1),1112 cm~(-1)处具有特征拉曼谱峰,且两者互不干扰。同时进一步研究表明,倍硫磷和对硫磷的浓度与其特征拉曼谱峰强度线性相关,故可实现定量检测,其中倍硫磷检测限可达0.01μg/mL对硫磷检测限可达0.025μg/mL。同时,该SERS方法可直接用于菠菜实际样品中多种农药残留的多靶标快速检测,检测限达到0.05μg/mL。该SERS方法具有方便、快速、灵敏度高、多靶标同时检测等优点,有望实现农药残留的现场快速检测。     

铂纳米立方体的合成及其SERS活性研究

本文用氢气还原氯亚铂酸钾,以聚丙烯酸钠作表面活性剂合成了铂纳米立方体,得到的铂纳米立方体的边长约为15nm。将铂纳米立方体组装到玻碳电极表面上可以作为SERS基底。以SCN-作为探针分子,初步研究铂纳米立方体的SERS效应。从铂纳米立方体上得到的SERS信号强度比粗糙的铂电极强,这表明铂纳米立方体具有更高的SERS活性。     

Au/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼散射光谱(SERS)已用于环境监测、生物医药、食品卫生等领域,而高活性SERS基底是表面增强拉曼散射光谱技术应用的关键。TiN作为新型等离子材料具有较强的SERS性能,同时化学稳定性及生物相容性较好,但其SERS性能不如贵金属金强。该研究采用氨气还原氮化法和电化学沉积法,在TiN薄膜表面沉积贵金属Au纳米颗粒制备出Au/TiN复合薄膜。在Au/TiN复合薄膜中单质Au和TiN两种物相共存;随着电化学沉积时间延长,TiN薄膜表面单质金纳米颗粒数量逐渐增多,金纳米颗粒尺寸增大,颗粒间距减小。由于金与TiN两者的本征表面等离子共振耦合作用,Au/TiN复合薄膜的共振吸收峰发生了偏移。利用罗丹明6G为拉曼探针分子,对Au/TiN复合薄膜进行SERS性能分析,发现Au/TiN复合薄膜上的R6G探针分子的拉曼峰信号强度随沉积时间延长呈现先增大后减小的规律;当电化学沉积时间为5 min时,R6G拉曼信号峰较高,复合薄膜样品的SERS活性最大。将Au/TiN复合薄膜和Au薄膜分别浸泡在10-3,10-5,10-7,10-8及10-9 mol·L-1 R6G溶液5 min,进行检测限分析,发现Au/TiN复合薄膜检测极限达10-8 mol·L-1,增强因子达到8.82×105,与Au薄膜和TiN薄膜相比,Au/TiN复合薄膜上对R6G探针分子SERS活性最高。这得益于Au/TiN复合膜中表面等离子体产生的耦合效应,使得局域电磁场强度增强,从而引起R6G探针分子拉曼信号增强。通过2D-FDTD模拟电场分布发现Au/TiN,Au及TiN薄膜具有电场增强作用,其中Au/TiN复合薄膜的增强作用尤为显著,这也证实了氮化钛与金纳米颗粒之间存在耦合效应。另外发现TiN与Au之间可能存在电荷转移,促进了4-氨基苯硫酚氧化反应,进而证实了TiN与Au薄膜的协同作用。此外,Au/TiN复合薄膜均匀性较好,相对平均偏差仅为7.58%。由此可见,采用电化学沉积制备的Au/TiN复合薄膜具有作为SERS基底材料的应用潜力。     

不同结构Cu_2S-Ag复合基底的SERS光谱研究

随着SERS技术的迅猛发展以及科研人员的不断探索,我们已经发现了很多半导体材料都具有较好的SERS活性。为了进一步探讨金属-半导体体系的电荷转移过程并扩展半导体材料在SERS领域的应用,本研究小组制备了具有不同结构的贵金属Ag-半导体Cu_2S复合基底,并在吸附探针分子后对基底的SERS表现进行了分析。这种方法通过控制基底中不同成分的组成,实现对SPR的调控,该方法不仅显著提高了被检测探针分子的信号强度,还克服了长久以来基底对于激发光波长依赖的特性,可以实现多种激发波长下的拉曼增强,有望广泛应用于拉曼分析检测中。     

一种用于现场快速检测的SERS基底的制备

利用化学自组装方法,首先在色谱玻璃小瓶的内壁吸附上一层PDDA阳离子聚电解质,然后通过静电吸附作用将带有负电荷的银纳米粒子组装到内壁;比较了不同色谱瓶作为吸附银纳米粒子的载体的优缺点;用紫外-可见吸收光谱监测吸附到玻璃瓶内壁的银纳米粒子的表面等离子体共振峰,跟踪银纳米粒子的组装情况;利用对-巯基苯胺作为探针分子研究了基底的表面增强拉曼散射(SERS)活性。结果表明：所制备的SERS小瓶基底具有良好的SERS活性,并且使用简单,保存时间长,适合SERS现场快速检测的需要。     

一种具有SERS活性的Ag/FeS复合材料SERS光谱研究

目前所应用的SERS检测技术中,绝大部分都是贵金属材料,虽然贵金属材料都具有很强的拉曼增强效果,但是对激发光源却有很强的依赖,具有较大的局限性。以单层二维有序的聚苯乙烯胶体球为模板支撑,采用共溅射的方法将一种贵金属Ag与半导体FeS成功复合到一起并具有SERS活性的Ag/FeS复合材料。经检测发现其可以作为SERS基底,拓展了SERS基底材料的检测范围,增强了待检测探针分子亚甲基蓝(MB)的拉曼信号强度,在拉曼检测中有望得到广泛的应用。     

树枝状银微米材料的制备及其表面增强拉曼光谱研究

为使表面增量拉曼散射(SERS)衬底的制备方法简单快速且提高的基底增强效果,采用置换反应的制备方法,用锌片和硝酸银反应制备出微米银结构SERS活性基底,其具有稳定性好,易保存,制备方法简单,过程快速等特点。用扫描电子显微镜观察得银微米材料表面形貌呈均匀对称的树枝状结构。实验中控制置换反应的时间分别为40,50,60 s时,得到的树枝状银微米材料的长度分别为3,5,10 μm左右,分支分别为700 nm,2 μm,3 μm,发现随着置换反应的时间的增长,微米银树枝及分枝的长度越长,且树枝分枝上逐渐长出纳米级“树叶”结构, 使得微米级银树枝表面具有纳米结构。并且将微米银材料置于硅片上作为SERS衬底,并以罗丹明6G为探针分子,用激发波长为1 064 nm的傅里叶变换拉曼光谱仪检测,研究其在表面增强拉曼光谱中的应用,结果表明树枝状银微米材料有很好的SERS特性,其中置换反应时间为40 s时制备的微米银树枝的增强效果最佳,其增强因子可达到103左右,并且采用用表面活性剂PVP处理硅片的方法后,保持其他条件不变,微米银衬底的SERS增强效果得到进一步加强,增强因子达到104左右。此外,将树枝状银微米材料用水可封存数月,且实验结果的重复性较好。     

树枝状银微米材料的制备及其表面增强拉曼光谱研究（英文）

为使表面增量拉曼散射(SERS)衬底的制备方法简单快速且提高的基底增强效果,采用置换反应的制备方法,用锌片和硝酸银反应制备出微米银结构SERS活性基底,其具有稳定性好,易保存,制备方法简单,过程快速等特点。用扫描电子显微镜观察得银微米材料表面形貌呈均匀对称的树枝状结构。实验中控制置换反应的时间分别为40,50,60s时,得到的树枝状银微米材料的长度分别为3,5,10μm左右,分支分别为700nm,2μm,3μm,发现随着置换反应的时间的增长,微米银树枝及分枝的长度越长,且树枝分枝上逐渐长出纳米级"树叶"结构,使得微米级银树枝表面具有纳米结构。并且将微米银材料置于硅片上作为SERS衬底,并以罗丹明6G为探针分子,用激发波长为1 064nm的傅里叶变换拉曼光谱仪检测,研究其在表面增强拉曼光谱中的应用,结果表明树枝状银微米材料有很好的SERS特性,其中置换反应时间为40s时制备的微米银树枝的增强效果最佳,其增强因子可达到103左右,并且采用用表面活性剂PVP处理硅片的方法后,保持其他条件不变,微米银衬底的SERS增强效果得到进一步加强,增强因子达到104左右。此外,将树枝状银微米材料用水可封存数月,且实验结果的重复性较好。