气/液界面自组装金纳米粒子薄膜作为SERS基底检测三聚氰胺

采用气/液界面自组装方法制备金纳米粒子薄膜作为SERS基底,其结构规整、均匀,利用此基底对三聚氰胺实现高灵敏的半定量分析。此SERS基底的制备是直接于水相合成的金纳米粒子中加人正十二硫醇,金纳米粒子通过硫醇修饰后由亲水性转变成疏水性质,在相界面上自组装为致密金纳米粒子单层膜结构。这种SERS基底不仅制备方法简单,而且应用范围广,除了检测三聚氰胺还可以拓展到其他的非极性的分子如多环芳烃等高灵敏的半定量分析。     

Au@SiO_2单层膜间耦合效应的表面增强拉曼光谱研究

借助水/油两相界面自组装形成致密排列且有序稳定的Au@SiO2单层膜,通过膜层层转移到固相基底的方法制备了具有不同纳米粒子层数的SERS基底,成功在同一硅片上制备了六层Au@SiO2纳米粒子膜,研究了不同膜层数与SERS信号的关系,结合SERS成像技术可测定纳米粒子膜在基底上的层数。通过改变探针分子在多层纳米粒子膜上的位置,研究了纳米粒子膜间的耦合增强效应。研究表明,同一层膜表面探针分子的SERS信号分布均匀,随膜层数的增加,SERS信号明显增强,当膜层达到第五层时探针分子的SERS信号最强,之后几乎保持不变,说明SERS信号主要来源于表层的五层纳米粒子膜,位于五层以下纳米粒子对SERS效应并没有贡献。固定探针分子仅吸附于底层纳米粒子表面,当再覆盖一层裸露纳米粒子膜后,SERS信号达到最大,其主要源于热点的增强作用占主导地位,而覆盖至第三层时,SERS信号反而出现微小减弱,这是由于多层的Au@SiO2纳米粒子膜影响了激发光以及信号的传播,但粒子间产生的耦合效应仍对底层的探针分子起增强作用,当覆盖至五层Au@SiO2膜后,探针分子SERS信号完全消失,由此说明纳米粒子单层膜控制在三层以内可有效检测底层及以上所有纳米粒子上吸附分子的SERS信号,该结果为制备理想SERS基底提供了实验依据。     

谷胱甘肽在金纳米粒子有序膜表面吸附的表面增强Raman光谱表征

将制备好的金纳米溶胶粒子组装在3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)修饰的ITO导电玻璃表面,形成金纳米粒子有序膜。FE-SEM电镜图显示金纳米粒子有序膜呈现出较为均匀的亚单层分布。同时利用电化学方法对有序膜进行了表征。将有序膜作为表面增强Raman光谱(SERS)基底应用于生物分子谷胱甘肽的SERS光谱表征与分析。研究表明,所制备的金纳米粒子有序膜可有效应用于谷胱甘肽分子的SERS光谱表征与分析。     

(Au-Probe)@SiO_2单层纳米粒子膜制备及表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼光谱(SERS)因其高达单分子检测的表面灵敏度而广受青睐,其增强机理主要包括电磁场增强效应(EM)和电荷转移增强(CT)。通常,前者占主导作用,且局域电磁场可极大地增强表面吸附分子的拉曼信号。而介质通常对局域电磁场和EM增强有一定影响,从而影响SERS检测,通过壳层隔绝纳米粒子(SHINs)可避免介质与SERS增强源间的直接接触。但迄今为止,几乎未见有关介质对其增强拉曼光谱(SHINERS)影响的研究,主要因SERS基底均匀性较差所致。制备了两种探针分子内嵌且Au核尺寸不同的核壳纳米粒子,即(55 nm Au-PNTP)@SiO_2和(110 nm Au-pMBA)@SiO_2,壳层厚度分别为3.5和4.0 nm,壳层结构连续且无针孔效应。采用液-液两相成膜法制备其单层膜,转移至固相基底上可作为SERS基底,(55 nm Au-PNTP)@SiO_2单层膜上SERS谱峰强度的相对标准偏差约为5.38%,(110 nm Au-pMBA)@SiO_2单层膜上相对标准偏差约为5.97%,其重现性及均匀性优良,符合作为SERS基底的要求。研究它们分别在空气和水两种介质中的SERS效应,结果表明Au核被致密无针孔效应的SiO_2壳层包裹,且探针分子内嵌其中,由此完全隔绝了电磁场增强源内核Au纳米粒子与介质的直接接触,当改变基底所处的环境时,其实际介质仍为SiO_2,因此在两种介质中SERS信号几乎不发生改变。内嵌探针分子的PNTP或pMBA被包裹在SiO_2壳层内,溶剂及氧气等均无法参与反应,因此探针分子未发生SPR催化反应,保持稳定的光谱特征。由此可见内嵌探针分子的SERS信号强度及光谱特征不受介质的影响,可望作为多介质环境使用的高灵敏度SERS检测以及稳定内标或标记的重要基底。     

利用AAO模板制备SERS基底检测SudanⅠ

通过模板法制备大面积、可控的、可重复的、热点集中的金纳米结构阵列,并在纳米结构阵列上通过化学修饰分子,吸附更多苏丹红Ⅰ分子至金纳米的SERS增强区域,实现其高灵敏的表面增强拉曼分析检测。以多孔阳极氧化铝为模板,通过真空蒸镀金,约200 nm厚度,复制氧化铝的孔洞结构,用碱液将氧化铝模板腐蚀去除,可得到氧化铝模板的互补结构,即大面积的、均匀的金半球纳米结构阵列。在金纳米结构阵列上修饰十二硫醇,硫醇巯基端与纳米金相结合,碳链端自组装形成非极性的疏水环境,疏水环境可以捕获苏丹红Ⅰ分子,使其吸附至纳米金结构表面的SERS增强区域,实现苏丹红Ⅰ的SERS检测。由于SERS基底表面的金半球纳米结构均匀、规整,在激光光斑的区域内,苏丹红Ⅰ的SERS信号均匀、稳定,可以对苏丹红Ⅰ进行定量分析。苏丹红Ⅰ的拉曼峰强度对数与浓度对数之间呈线性关系,线性相关系数达0.99,线性范围为5×10-4～10-7mol·L-1,回收率范围77%～117%。此方法的检测限可达到4×10-8mol·L-1,与国标的高效液相色谱的检测限相当。     

挥发性有机物的表面增强拉曼光谱检测研究

金纳米粒子由于其具有表面增强效应以及良好的化学稳定性,常被用作SERS基底。本文以粒径30nm的均匀准球形金纳米粒子为单元,通过气液界面自组装技术获得增强活性高、均匀性和重现性优良的单层膜SERS基底,开展了硝基苯、苯硫酚、对二甲苯等挥发性有机物的SERS检测,并进行了室温开放体系挥发性有机物的非接触式SERS检测。以苯硫酚为模型,研究有机挥发物分子的吸附行为与距离之间的关系。探索利用便携式拉曼仪开展挥发性有机物的现场SERS检测。     

两种纳米粒子的自组装及表面增强拉曼光谱研究

在氨基硅烷化的单晶硅片表面通过静电自组装技术组装上金和金核铂壳两种纳米粒子,通过改变基底浸泡在溶胶中的时间控制基底上纳米粒子的密度。用扫描电子显微镜(SEM)对基底表面上的形貌进行表征,结果表明纳米粒子呈亚单层二维阵列分布。以吡啶(Py)为探针分子,用波长为632.8 nm的激发光作为激发光源,研究纯金和金铂复合基底上的表面增强拉曼光谱(SERS)行为。数据显示在金纳米粒子之间引入金核铂壳纳米粒子后,Py的两个特征峰的频率没有明显变化,但谱峰的强度却变弱了,其SERS信号衰减最大可至原来的24%。这是由于引入的铂的d态电子使金的等离子体激发猝灭,从而破坏了电磁场增强,使金的SERS信号衰减。     

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。     

苯硫酚吸附在新型Ag-Au合金纳米粒子上的表面增强拉曼光谱研究

以柠檬酸钠同时还原制备的Ag-Au合金纳米粒子为种子,用盐酸羟胺进一步使其生长得到粒径为40～60 nm的新型Ag-Au合金纳米粒子,采用UV-Vis光谱和TEM对纳米种子和再生长后的纳米粒子分别进行表征。两种粒子的UV-Vis光谱均只观察到一个等离子体共振峰,其频率随金的摩尔分数(x_Au)增加而红移,且TEM图像表明这两种粒子的颜色均一,因此判断这两种粒子均为合金结构。以苯硫酚为探针分子,研究了该新型合金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS),结果表明吸附了苯硫酚的合金纳米粒子的紫外最大吸收峰红移,并在近红外区出现聚集体的吸收峰。在632.8 nm波长激发下,由于表面等离子体共振效应Au上的SERS信号最强,而合金纳米粒子上的SERS信号随x_Au增大而增强。     

不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

不同形状的金纳米粒子在表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)中有不同的增强效果,多面体金纳米粒子具有多角结构,显示出比金纳米板更为明显的增强效果,近年来对其合成和性质的研究备受关注。该研究探究了十二面体,二十面体,三角板,球形四种形状的金纳米粒子在SERS中不同的增强效果。分别采用硼氢化钠还原法和以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂制备金三角纳米片和二十面体金纳米粒子,又以二十面体金纳米粒子为种子制备出十二面体金纳米粒子,并分别以以上三种不同形貌的金纳米粒子及球形金溶胶为基底,4-巯基吡啶,对巯基苯甲酸为探针分子检测了其在不同激发波长下的增强效果。透射电子显微镜结果表明金三角纳米板的平均边长为130nm,二十面体和十二面体金纳米粒子的粒径分别为100和120nm。三者的紫外可见吸收峰分别在589,598和544nm处。表面增强拉曼散射结果表明金多面体比金三角纳米板表现出更好的增强效果。     

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。     

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。     

微波加热法快速制备纳米金及其SERS活性表征

本文采用微波快速加热法,利用柠檬酸钠还原氯金酸的原理,成功还原出粒径从10nm到60nm的酒红色金溶胶。我们用此加热法对比不同加热时间以及不同还原剂的用量条件下制备出的多种粒径金溶胶,并用吸收光谱、透射电镜和拉曼光谱对其SERS活性进行表征,选择R6G、4-MBA和结晶紫作为探针分子对其进行SERS活性研究。结果表明,随着加热时间或还原剂量的增加,金纳米粒子的粒径会逐渐减小,在适宜加热时间与还原剂用量的条件下所制备的纳米金溶胶稳定性较好,将其浓缩后是一种非常有效的SERS活性基底。微波加热方法简单、价格低廉,此种胶体可作为理想的SERS活性基底进行批量制备与应用。     

挥发性有机物的非接触SERS检测

挥发性有机物在自然环境中普遍存在,对人体健康造成显著影响,为此亟待发展高灵敏度的快速识别和检测技术。本文通过制备和优化表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底,实现了强吸附和弱吸附型挥发性有机物的检测。首先利用化学方法合成了粒径约为30nm的均匀准球形金纳米粒子,该粒子具有SERS效应以及良好的化学稳定性,以该纳米粒子为单元,通过气液两相界面自组装技术制备增强性能好、SERS信号均匀的金纳米粒子单层膜(Au MLF),并以此为SERS基底对挥发性有机物苯硫酚进行了检测。为了实现弱吸附挥发物质的检测,对Au MLF表面进行了修饰,构建了聚二甲基硅氧烷(PDMS)-Au MLF复合基底,实现了苯及二甲苯等弱吸附型挥发性有机物的检测。     

金纳米粒子聚集体系的制备及其SERS效应表征

以Na2S作为金纳米粒子的还原制备与聚集剂制备了金纳米粒子聚集体系。在制备过程中通过紫外可见光谱对制备条件进行了优化。TEM表征显示聚集体系中的金纳米粒子均为球形,且聚集状态呈现出较好的均匀性。将这一聚集体系作为SERS基底应用于若干氨基酸分子的SERS光谱表征与分析。初步的研究表明Na2S-金纳米粒子聚集体系可有效地应用于生物分子的SERS光谱表征与分析。     

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。     

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。     

金银双金属纳米壳层结构的SERS活性研究

利用磁控溅射技术在组装整齐的微球表面依次镀上银、金薄膜,获得双金属纳米壳层结构。以对巯基苯胺(p-ATP)为探针分子,研究了该壳层结构在不同激发线下SERS增强差异。测试结果表明,金银双金属纳米壳层结构在780nm激光下具有很好的SERS增强效果,并随着外层金膜厚度的减小而逐渐增强。对各个基底的增强因子进行计算可知,基底的表面等离子体共振(SPR)峰与激发线的匹配程度越好,其增强因子越大。由于金的高稳定性和良好的生物相容性,该基底在SERS生物传感方面具有很大应用潜力。     

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。     

玻璃基底上不规则银纳米结构的生长及其光学性质的研究

以经过硅烷化后玻璃片为基底,之后吸附金纳米种子,采用柠檬酸钠为还原剂,在荧光灯照射条件下还原硝酸银,制备出基底表面具有银纳米粒子聚集结构的材料。采用透射电镜、扫描电镜和紫外可见分光光度计对产物的形貌和性质进行了表征,并考察银纳米粒子的形貌对其薄膜基底SERS活性的影响。结果表明：随着光照时间增加至16 h,金种子长大为平均粒径110 nm的不规则状多晶银纳米粒子,且出现双层粒子堆积。基底上纳米粒子的吸收光谱上出现了由银粒子的表面等离子体激元偶极子耦合引发的强烈吸收峰：随着光照时间的变化,耦合峰在600～813 nm波段内移动。光照时间为12 h后得到的SERS活性基底具有最强的SERS信号。