一种新型表面增强拉曼活性基底的制备及表征

研究了一种新的表面增强拉曼活性银基底的制备方法,采用银增强剂和引发剂的混合溶液处理全铝表面制备了银基底,利用扫描电子显微镜分析了基底的表面形态和结构,测定结晶紫分子在基底表面的拉曼光谱.结果表明,这种基底具有很强的表面增强拉曼散射效应(SERS)活性和稳定性.     

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。     

打印技术制备表面增强拉曼散射活性基底的研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)是一种先进的表面分析技术,可以极大提高吸附在金属表面或附近分子的拉曼散射信号。SERS技术由于其快速准确、灵敏度高、选择性好、样品制备要求低等特点,成为当前的研究热点,在化学、食品、生物、医疗等领域展现出重要的应用前景。而利用SERS技术作为一种常规分析和诊断工具面临的一个主要挑战是如何制备均匀、可重复、稳定的活性基底。打印技术操作简单、效率高、成本低,有助于设计等离激元纳米结构。通过优化“热点”增强电磁场,获得重复性好、稳定性高、增强能力强的SERS活性基底。近年来,印刷技术逐渐被应用于SERS基底的制备。主要综述了制备SERS基底的几种常用印刷技术,包括喷墨印刷、凹版印刷、丝网印刷等。分析了衬底表面润湿性、干燥温度、油墨粘度、表面张力、溶剂等因素对SERS性能的影响。总结了印刷技术制备SERS基底的研究进展,并对其潜在应用和未来发展作了展望。     

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。     

三种不同银纳米粒子SERS基底比较研究

表面增强拉曼光谱(SERSp)技术是一种新兴的分析检测技术,由于其对样品分析灵敏度高、检测时间短以及样品所需量小等优点,近年来该技术已在生物医学,化学等领域得到广泛的应用,同时表面增强拉曼散射(SERS)基底的制备已成为该领域的研究热点。本文主要对三种以银纳米粒子(AgNPs)的SERS效应为基质的拉曼活性基底:毛细管-AgNPs,二氧化钛-AgNPs和滤纸-AgNPs进行比较研究。首先分别用三种基底对罗丹明6G(R6G)分子进行拉曼光谱采集及分析,找出三种SERS基底相应的最佳制备条件。最后用这三种最佳条件下制备的SERS基底对同一个健康人血清进行拉曼光谱检测,并对结果进行分析比较。初步结果:三种SERS基底都是可靠的和实用的;二氧化钛-AgNPs基底灵敏度相对较高,但制备过程较复杂;滤纸-AgNPs基底灵敏度其次;毛细管-AgNPs基底及滤纸-AgNPs基底的制备均较为简单。因此,从实用角度考虑,滤纸-AgNPs基底比较适合血清的表面增强拉曼光谱检测与分析。     

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。     

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。     

低维光电材料缺陷与界面增强拉曼散射

近年来,一系列新型低维光电材料相继涌现,展现出优异的性能。这些光电材料与表面增强拉曼散射(SERS)技术相结合,显示出巨大的应用潜力,有望成为高灵敏SERS活性基底。缺陷与界面调控是低维光电材料SERS应用的重要策略,本文将重点介绍新型低维光电材料缺陷与界面增强拉曼散射的种类和增强机理。通过对缺陷与界面增强拉曼散射的应用和研究前景的展望,启发人们对SERS研究的再思考和再认识。     

噻菌灵分子的表面增强拉曼光谱的理论研究

表面增强拉曼散射(SERS)是指当分子靠近或者吸附于基底表面时,分子的拉曼散射信号会显著增强的现象。SERS克服了常规拉曼散射信号强度比较弱的缺点,被广泛地应用在环境检测、催化化学、有机化学和生命科学等领域。本文利用密度泛函理论计算方法对农残噻菌灵分子的SERS光谱进行模拟,并探讨SERS增强机理。系统研究了噻菌灵在金团簇的吸附行为和SERS增强效应,得到金团簇在噻菌灵分子上的最佳吸附位置。利用五种吸附结构(噻菌灵-Au n,n=1-5)对噻菌灵与金团簇的相互作用进行了理论研究,研究表明噻菌灵-Au 4最稳定。结合拉曼光谱和理论计算的结果,借助高斯软件的图形化功能,对噻菌灵分子的振动模式、普通拉曼光谱和SERS光谱进行了系统的指认。     

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。     

Design of plasmonic bowtie nanoring array with high sensitivity and reproducibility for surface‐enhanced Raman scattering spectroscopy

A metallic bowtie nanoring array is designed to gain high sensitive and reproducible substrate for surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. The localized surface plasmon resonance (LSPR), the electric field enhancement factors (EFs) and the electric field distribution of the bowtie and bowtie nanoring array are numerically investigated by means of the finite‐difference time domain (FDTD) method. After the optimization of the particle size and the array period, the maximum electromagnetic field EF approaches 153, and the corresponding SERS electromagnetic enhancement factor (EMEF) reaches 5.4 × 10⁸. This highly sensitive and reproducible substrate can be a good candidate for SERS applications. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维金字塔立体复合基底表面增强拉曼散射特性

表面增强拉曼散射(SERS)是一种广泛应用于化学反应检测、医学诊断和食品分析等领域的高灵敏度光谱技术.基底结构的构建对提高探针分子的SERS信号有非常重要的影响.本文利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包裹银纳米颗粒制备了一种三维金字塔立体复合SERS基底,实现了对罗丹明6G (R6G)分子的高灵敏度检测.通过调节银纳米颗粒在PMMA丙酮溶液中的分散密度,实现了光在金字塔谷内的有效振荡,既保证了三维结构高密度的"热点"效应,又避免了由于金属-分子相互作用引起的吸附探针分子变形导致的信号失真等问题.同时,有效防止了银纳米颗粒的氧化,为探针分子提供更大的电磁增强作用范围,使增强的拉曼信号产生稳定的输出.此研究结果不仅提供了一种高性能、可重复使用的SERS基底的有效策略,也会对未来设计改进三维结构的SERS基底有指导意义.     

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。     

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。     

微波法制备银胶体及其在表面增强拉曼散射中的应用

本文提出了一种利用微波加热的原理,合成一种新型的银胶体溶液。该银胶具有高效的表面增强拉曼活性。以这种新型银胶体粒子作为活性衬底,测得的强荧光物质R6G的表面增强拉曼光谱,体现出荧光背景低,信噪比高的特点。通过两种不同方法制备的银胶体粒子的表面增强拉曼散射效果的比较,发现这种新型银胶纳米粒子通过聚集,形成更多的具有很强的提高样品表面增强拉曼散射强度作用的“热点”,从实验的角度验证了表面增强拉曼中的“热点”理论。     

On‐line surface enhanced Raman spectroscopic detection in a recyclable Au@SiO2 modified glass capillary

A facile method was developed to fabricate a high sensitive, reproducible and recyclable surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) active glass capillary. The Au nanoparticles were synthesized through a seed‐mediated growth approach and then self‐assembled onto the inner wall of glass capillaries. The attached Au nanoparticles were homogeneously coated with thin silica shell by using the silane coupling agent to functionalize the Au surface. By using thiophenol (TP) as SERS probe molecules, the substrate exhibited robust SERS effects. The adsorbed SERS probe molecules could be rapidly and completely removed away by flowing sodium borohydride solution and thus to obtain a refresh Au@SiO₂ film‐coated substrate for the cyclic detection on different species. The on‐line detection of TP and malachite green (MG) with different concentrations was performed in the flowing system. The intensities of SERS signals were dependent on concentrations of the detected molecules. The results indicated that the SERS‐active substrate has potential applications on the on‐line qualitative and quasi‐quantitative analysis. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Rapid detection of a foreign protein in milk using IMS–SERS

A method for rapid detection of foreign protein contamination in complex food matrices is critically needed. Here we present a novel method that combines immunomagnetic separation (IMS) and surface‐enhanced Raman scattering (SERS) to detect ovalbumin (OVA), an egg white protein, added into whole milk. IMS was used to specifically capture the OVA out of the milk. Then SERS was applied to analyze the IMS eluate using silver dendrites as the substrate. Two SERS sample preparation methods, namely solution based and substrate based, were used to prepare the IMS eluate for SERS analysis. Results show both methods were able to detect 1 µg OVA in 1 ml milk (1 part per million). Based on the results of principal component analysis and partial least‐squares analysis, solution SERS was more capable of quantitative analysis, while substrate SERS was more sensitive for qualitative analysis. The total analytical time for IMS–SERS was less than 20 min, which satisfied the requirement of rapid detection in a milk processing facility. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

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。     

Au-Nanoparticle-Array/Aligned-Ag-Nanowire-Based Flexible Dual Plasmonic Substrate for Sensitive Surface-Enhanced Raman Scattering Detection

The fabrication of flexible surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates for sensitive detection on uneven or irregular surfaces is challenging. In this study, a flexible dual plasmonic SERS (FDPS) substrate rationally constructed using Au nanoparticle (AuNP) arrays/aligned Ag nanowires (AgNWs) and elastic polyurethane (PU) is demonstrated. It exhibits high sensitivity (detection limit of 10⁻⁸ m for melamine and 10⁻¹⁰ m for malachite green) and excellent reproducibility. The well-designed structure of AuNP arrays/aligned AgNWs fabricated using block copolymer self-assembly and oil–water–air interfacial self-assembly successfully enhances the electromagnetic field through plasmonic coupling. In addition, the FDPS substrate retains a high SERS sensitivity after exposure to air at room temperature for 30 days because of the high stability of AuNP arrays and antioxidation characteristic of the PU covered on the aligned AgNWs. Even after undergoing stretching, bending, and twisting for 100 cycles, the FDPS substrate maintains a stable SERS activity owing to the introduction of the elastic PU. This study demonstrates a potential application of SERS detection under practical conditions for irregular surfaces and may be helpful in the development of flexible sensors.