金纳米粒子组装体系的表面增强拉曼光谱特性研究——表面粒子密度与拉曼光谱强度的关系

利用纳米粒子组装制备了金基底———巯基苯胺自组装膜偶联层———金纳米粒子的“三明治”结构,研究了表面粒子密度与偶连层分子的拉曼光谱强度的关系。实验结果显示,该结构对偶连层分子的拉曼光谱有很好的增强效应,增强因子可达１０５。在表面粒子密度较低时,拉曼光谱强度与表面粒子密度曲线呈线形,随着表面粒子密度的增加,曲线出现负偏差并在粒子密度较高区域出现一个平台。     

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。     

金纳米粒子的图案化组装及表面增强拉曼光谱研究

利用聚苯乙烯纳米粒子有序组装结构为模板,进行了金纳米粒子的图案化组装。金纳米粒子在聚苯乙烯纳米粒子底部自组装聚集,形成规则的“面包圈”结构。表面增强拉曼光谱表明,相对于随机分布的金纳米粒子而言,金纳米粒子组装结构具有聚焦电磁场作用,从而使吸附的对巯基苯甲酸的拉曼散射得以进一步增强。     

表面增强拉曼光谱技术检测新型冠状病毒刺突蛋白

开发具有高灵敏度、高准确性的新型冠状病毒（SARS-CoV-2）快速检测技术对疫情防控具有重要作用。本文利用表面增强拉曼光谱（SERS）技术对人体唾液中的痕量SARS-CoV-2病毒刺突蛋白（S蛋白）进行了检测。结果表明,含S蛋白的唾液样本与原始唾液样本的拉曼光谱具有显著区别,含S蛋白的唾液样本谱图中可清晰观察到属于S蛋白的拉曼谱线。该结果为后续SERS技术在SARS-CoV-2病毒快速检测方面的应用奠定了坚实基础。

     

不同形状的金纳米粒子的表面增强拉曼光谱

使用514 5nm激光激发,第一次得到了不同形状金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS)。一般情况下,较短波长(<600nm)激发所获得的增强要小于使用较长波长(>600nm)的激发。然而,对特殊形状的自组装金纳米粒子,由于避雷针效应,即使使用绿光激发也可获得很高增强的SERS。     

金纳米粒子组装体系的表面增强拉曼光谱特性研究：表面粒子密度与？…

利用纳米粒子组装制备了金基底－－巯基苯胺自组装膜偶联层－－金纳米粒子的“三明治”结构,研究了表面粒子粒子密度与偶连层分子的拉曼光谱强度的关系。结果 偶连层分子的拉曼光谱有很好的增强效应,增强因子可达１０＾５。在表面粒子密度较低时,拉曼光谱强讧民表面粒子密度曲线呈线形,随着表面粒子密度的增加,曲线出现偏差并在粒子密度较高区域出现一个平台。     

金纳米粒子掺杂DNA-CTMA-DPFP薄膜的表面增强拉曼散射特性

采用柠檬酸三钠还原氯金酸和离子交换法制备金纳米粒子掺杂DNA-CTMA材料,利用钯催化反应合成9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴荧光染料(DPFP),将DPFP与DNA-CTMA混合后,旋凃制备金纳米粒子掺杂的DNA-CTMA-DPFP薄膜样品。通过吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱的测量,研究了薄膜样品的光学特性和表面增强拉曼散射(SERS)特性。实验结果表明,薄膜样品在300～360 nm的吸收主要来自DPFP,在500～700 nm的吸收来自样品中金纳米粒子的局域表面等离子共振;样品在370,386,408 nm处的荧光峰分别对应DPFP的S₁₀-S₀₀、S₁₀-S₀₁和S₁₀-S₀₂能级的电子振动跃迁;在785 nm激光激发下,薄膜样品的拉曼散射主要来自DPFP分子,随着金纳米粒子掺杂比的增大,DPFP分子的拉曼散射峰强度逐渐增强。因此,金纳米粒子掺杂DNA-CTMA薄膜适合作为多种染料分子的SERS基底。     

表面增强拉曼光谱快速检测尿液中的尿酸

表面增强拉曼光谱是一种表面灵敏度极高的“指纹”光谱技术,检测限可达单分子级别。它可以实现痕量物质的特异性识别及快速、无损检测,广泛应用于生命科学、电化学、环境安全等领域以及人们的日常生活中。通过种子生长法成功地实现了形貌均匀、尺寸可调的球形金纳米粒子的制备,并以此作为增强基底进一步探索其粒径对尿酸拉曼谱峰强度的影响。结果表明,金纳米粒子的尺寸显著影响其拉曼增强能力。在研究范围内,随着金纳米粒子尺寸的增加,其拉曼增强能力逐渐增加。在激光波长为638 nm时,150 nm的金纳米粒子具有最优的拉曼增强能力。这使得它们可适用于尿酸溶液的快速高灵敏度分析,检测限可达0.01 mmol·L-1。进一步的研究还表明,该方法可用于痕量尿酸的定量检测。在0.01～0.5 mmol·L-1范围内,尿酸的浓度与其特征拉曼峰640 cm-1处的峰强度之间呈线性关系,线性相关系数达0.98。将该方法用于真实样品(正常人体尿液)的快速检测,发现该方法不受尿液中其他成分的干扰,可以实现人体尿液中尿酸含量的快速测定。研究结果表明,以金纳米粒子作为基底的表面增强拉曼光谱方法可方便、快速地对尿液中尿酸的含量进行分析,极大地拓展了表面增强拉曼光谱在临床上的应用与研究。     

银纳米粒子阵列的自组装及其表面增强拉曼光谱应用

在以聚赖氨酸为表面耦联层分子的玻片基底制备了银纳米粒子阵列。ＳＥＭ表征结果表明,银粒子以亚单层的形式排列在基底表面。比较银溶胶和纳米粒子阵列的紫外可见光谱可见聚赖氨酸耦联层对银纳米粒子的粒径具有一定的选择性,甲基紫精在银纳米粒子阵列上的表面增强ＦＴ拉曼光谱表明在近红外区拉曼散射的表面增强主要来自于化学增强效应。     

Surface-enhanced Raman spectroscopy coupled with gold nanoparticles for rapid detection of amoxicillin residues in duck meat

Antibiotic residues in meat pose serious threats to human beings and animals, and are one of the main food safety concerns all around the world. A novel method based upon surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) coupled with gold nanoparticles was developed in this study for rapid detection of amoxicillin residues in duck meat, one widely used in duck farming. Three different particle sizes of gold nanoparticles were synthesized using 0.3, 0.7, and 1.1?mL 1% trisodium citrate, while 0.7?mL was found to be the optimal volume as Raman enhancement substrate for the detection of amoxicillin residues in duck meat. The amounts of gold nanoparticles (0.5?mL), duck meat extract containing amoxicillin (50?μL), and sodium chloride solution (100?μL), as well as adsorption time (5?min) were optimized by single factor experiments. A calibration curve with the determination coefficient of 0.9661 was established for quantitative analysis of unknown amoxicillin samples. The average recoveries of amoxicillin residues in duck meat extract were 96–139%. This study provided a rapid and simple approach to analyze amoxicillin residues in duck meat in excess of 0.2?mg?L^?1 using SERS coupled with gold nanoparticles, which has the potential for wide applications in the detection of the antibiotic residues in meat.     

聚甲基丙烯酸甲酯间隔的金纳米立方体与金膜复合结构的表面增强拉曼散射研究

金属纳米颗粒与金属薄膜的复合结构由于其局域表面等离子体和传播表面等离子体间的强共振耦合作用,可作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,显著增强吸附分子的拉曼信号.本文提出了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)间隔的90 nm金纳米立方体与50 nm金膜复合结构的SERS基底,通过有限元方法数值模拟,得到PMMA的最优化厚度为15 nm.实验制备了PMMA间隔层厚度为14 nm的复合结构,利用罗丹明6G (R6G)为拉曼探针分子, 633 nm的氦氖激光器作为激发光源,研究了复合结构和单一金纳米立方体的SERS效应,发现复合结构可以使探针分子产生比单一结构更强的拉曼信号.在此基础上,研究了不同浓度金纳米立方体水溶液条件下复合结构中R6G的拉曼光谱.结果表明,当金纳米立方体水溶液浓度为5.625μg/mL的条件下复合结构中R6G的拉曼信号最强,且可测量R6G的最低浓度达10~(–11) mol/L.     

利用聚碳酸酯模板制备的金纳米棒的表面增强Raman散射效应研究

采用聚碳酸酯模板和电化学沉积法制备基于金纳米棒的Raman场增强衬底, 制备的金纳米棒直径大约36 nm, 长约1 μm, 测试结果显示其共振吸收峰的位置约为540 nm. 比较了谐振和非谐振条件下的场增强情况, 并确定了场增益系数, 结果显示谐振激光激发下的增益比非谐振情况下提高了7.36倍. 本研究相对于前人的工作取得了如下进展: 一是讨论了谐振模式与非谐振模式下的金纳米棒的场增益系数, 利用谐振波长的激光激发金纳米棒, 进一步提高了场增益; 二是消除了聚碳酸酯模板分子的荧光背底, 使其在表面增强 Raman 散射方面的应用进一步变得可行. 关键词： 金纳米棒 表面增强Raman散射 聚碳酸酯模板     

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.     

Surface-enhanced Raman on gold nanoparticles for the identification of the most common adulterant of Astragali Radix

Adulterant is a common problem in Astragali Radix (a widely used Chinese herbal medicine). In this study, the surface-enhanced Raman technique was used to identify the authentic Astragali Radix and the most common adulterant with the aim to develop a convenient and sensitive method for the adulterant identification. Surface-enhanced Raman spectra combined with multivariate diagnostic algorithm differentiated the authentic Astragali Radix from the adulterant with high sensitivity (100%) and specificity (97.6%). This exploratory work demonstrates that surface-enhanced Raman technology can be used for the rapid and label-free screening of adulterant and has great potential for the quality control of Chinese herbal.     

干净、均一的表面增强拉曼基底的制备和表征

采用盐酸羟胺种子生长法制备60 nm左右的粒径均一的金纳米粒子, 通过在ITO上修饰3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)对金纳米粒子进行组装, 得到组装密度较高、均一的表面增强拉曼光谱(SERS)基底; 采用等离子体清洗再用醋酸溶液浸泡除去氧化层的方法, 可获得干净的SERS基底, 这种方法与其它基底除杂方法相比更为简单、操作性强且信号只衰减了20%。     

表面增强拉曼光谱研究多糖和蛋白对PVDF膜的膜污染能力

膜在运行过程中形成的膜污染会引起严重的膜通量下降, 从而使得膜必须清洗甚至更换, 是膜技术的主要缺点。典型的膜污染物质包括蛋白和多糖。本文发展表面增强拉曼光谱作为一种新的工具研究蛋白和多糖对聚偏二氟乙烯(PVDF)膜的膜污染能力。通过比较三种不同蛋白和多糖在玻璃片上和经过膜过滤之后SERS相对强度的变化, 可迅速简便地判断出膜污染能力, 即多糖(海藻酸钠)>血红蛋白>卵蛋白>小牛血清蛋白。与基于荧光的技术相比, 拉曼谱峰窄、光谱分辨率高、尤其是使用相同的激发光和激光功率就可以获得多种物质的SERS信号, 使得SERS可以简便地判断不同物质的膜污染能力。     

界面自组装的金/氧化石墨烯复合材料的表面增强拉曼散射行为研究

采用Frens法制备金纳米粒子溶胶,通过界面自组装技术在掺磷的非晶碳衬底表面构筑三维的金/氧化石墨烯/金复合结构.以罗丹明B为探针分子,考察金/氧化石墨烯/金复合材料的表面增强拉曼散射活性.结果表明,由于氧化石墨烯的化学增强和金纳米粒子的电磁场增强的协同作用,在该三维复合材料上获得了很强的罗丹明B拉曼信号.所设计的三维金/氧化石墨烯/金复合材料在生物分析、环境监测、疾病防控、食品安全等领域具有潜在的应用价值.     

Single‐molecule detection of thionine on aggregated gold nanoparticles by surface enhanced Raman scattering

We report observations of single‐molecule detection of thionine and its dynamic interactions on aggregated gold nanoparticle clusters using surface enhanced Raman scattering (SERS). Spectral intensities were found to be independent of the size of Au nanoparticles studied (from 17 to 80 nm) at thionine concentration below 10⁻¹² M or at single‐molecule concentration levels. Raman line separations and, in particular, spectral fluctuations and blinking were also observed, suggesting temporal changes in single molecular motion and/or arrangements of thionine on Au nanoparticle surfaces. In contrast, by using dispersed Au nanoparticles, only ensemble SERS spectra could be observed at relatively high concentrations (> 10⁻⁸ M thionine), and spectral intensities varied with the size of Au nanoparticles. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Detection of protein molecules by surface‐enhanced Raman spectroscopy‐based immunoassay using 2–5 nm gold nanoparticle lables

Here we report the synthesis of 2–5 nm size gold nanoparticle labels for surface‐enhanced Raman Spectroscopy (SERS) based immunoassay to detect protein molecules. The Au nanoparticles were conjugated with fluorescein isothiocyanate (FITC) and goat anti‐h‐IgG (immunoglobin) and the resultant particles were used for the detection of h‐IgG. Commercially available nitrocellulose strip and silver enhancement method were used for SERS‐based immunoassays. The FITC acts as a Raman probe, and vibrational fingerprint of this molecule was used for the detection of h‐IgG in concentration ranging from 1 to 100 ng/µl. Our Raman probe is robust and small in size and has high water solubility with minimum steric effect during antigen–antibody binding. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.