基于自组装技术的柔性SERS基底拉曼增强研究

利用自组装技术将单层银纳米粒子修饰到Whatman No. 1滤纸表面,成功制备了柔性表面增强拉曼散射(SERS)基底。实验结果表明：当银粒子尺寸为20 nm时,拉曼增强性能达到最佳。采用此参数制备的SERS基底对罗丹明6G(R6G)分子的检测极限为10^-10 mol/L,最大增强因子为5.66×10⁸,相对标准偏差(RSD)为10.9%。同时,该柔性基底能够准确地识别和区分多种目标分子,并具有良好的柔软性和可恢复性。此外,还结合基底的扫描电子显微镜(SEM)表征情况,利用时域有限差分(FDTD)仿真软件对样品的电磁场增强特性进行了数值分析,并对其与实验结果进行了对比。     

制备集成微通道的表面增强拉曼基底

本文介绍一种集成微通道的表面增强拉曼基底。采用湿法刻蚀方法在硅片上形成微通道,然后电子束蒸发沉积金薄膜,最后在300℃温度下高真空退火30分钟,使微通道内形成均匀且高密度的金纳米颗粒结构。用场发射扫描电子显微镜(SEM)对基底表面进行表征发现:金膜厚度对基底的表面形貌影响很大,5nm厚的金膜在退火后形成了均匀的高密度的纳米颗粒结构,而10nm厚的金膜退火后没有得到高密度纳米颗粒结构。用10-6 M的罗丹明6G作为探测分子进行拉曼实验测试结果同样表明:5nm厚的金膜退火后形成高密度的金纳米颗粒显著地增强了R6G拉曼信号。同时,对比了宽度分别为25、60、110!m三种尺寸的微通道的基底表面形貌和拉曼增强效应,微通道尺寸对表面形貌和拉曼增强效应影响均很小。     

金纳米团簇组装的表面增强拉曼散射基底

表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术是一种高灵敏度的检测技术,已在社会发展的多个领域显示出潜在的应用前景。SERS活性基底的大面积、低成本、可控制备是表面增强拉曼散射光谱学研究领域的热点之一。利用溶液法将直径小于5 nm的金纳米团簇旋涂成膜,调控退火温度和时间,将金纳米团簇融合组装成随机分布的金纳米岛。由于融合组装过程在150～210 ℃范围缓慢,控制条件可实现具有高密度增强“热点”的SERS基底,方法简单、成本低廉、面积大、均匀性高。我们利用该方法可重复性获得了性能优良的SERS基底。该基底对表面吸附的单分子层,具有强烈的表面增强拉曼散射光谱响应,150～210 ℃退火样品的宏观增强因子106～107量级。研究表明：相同条件下150～180 ℃退火,金纳米团簇首先融合成直径10～20 nm细小金纳米岛;退火温度190～210 ℃时,形成10～20 nm细小金纳米岛与50～70 nm金纳米岛混合并存的现象。拉曼光谱表征显示：大、小金纳米岛混合并存样品的宏观增强因子高于细小金纳米岛组成的样品。经220 ℃退火后,金纳米团簇完全融合成直径50～100 nm的金纳米岛,岛间距也随之增大,导致纳米岛之间的电磁场强度呈指数衰减,220 ℃退火的样品具有较低的增强因子。本论文揭示了金纳米团簇的缓慢自组装机制,分析了金纳米岛的形貌与表面增强拉曼散射光谱的关系,为该基底的应用研究奠定基础。     

Au标蛋白自组装表面增强拉曼光谱的研究

采用免疫Au标技术,用尺寸大约在13 nm的Au胶体颗粒标记了人血清蛋白(Human IgG),然后将Au标蛋白复合体固定在通过三氨基三乙氧基硅烷和戊二醛自组装单膜的Si片上。这种方法在基底表面上不仅牢固地固定了单层Au纳米颗粒标记的蛋白分子复合体而且提高了复合体的表面覆盖度,保持了生物分子的结构。利用原子力显微镜(AFM)观察了Au标蛋白的自组装表面。实验结果表明Au标蛋白在Si片表面聚积形成一定的Au标蛋白分子的复合体“岛状”单层,并且在这些岛状单层上获得了很明显的标记蛋白的表面增强拉曼散射(SERS)信号。文章在Si表面自组装了Au标蛋白分子,获得了较好的蛋白分子的SERS信号,提供了一种研究蛋白分子的SERS活性基底。     

银溶胶自组装表面增强光纤拉曼探针的研究

利用表面增强拉曼 (SERS)技术对光纤表面进行修饰 ,构造了表面增强光纤拉曼光谱传感器。选取了几个有代表性的分子作为检测样品 ,得到了低浓度样品的SERS光谱。结果表明 ,可以将制备SERS活性基底的方法移植到光纤表面来制备SERS活性光纤探针。     

光纤圆柱曲面基底胶体微球的自组装

以标准单模光纤包层的外表面作为基底,通过改进的恒温蒸发对流引导合理控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度,使用垂直沉积法在其曲面圆柱型基底涂覆三维二氧化硅胶体晶体。单模光纤垂直插入二氧化硅胶体溶液中,处于圆形容器的中心,在毛细力的驱动下胶体微球在光纤外表面形成三维的胶体晶体薄膜。实验所用二氧化硅微球平均粒径为390 nm,晶体生长时间仅为12 h。用扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的表明形貌:确定了样品表面面心立方结构的[111]和[100]两种晶向排列,同时发现了[100]晶向之间有规律的[111]晶向排列的交叉图案。对胶体微球不同的晶向排列以及交叉图案进行了定性的分析和讨论。     

表面增强拉曼活性基底制备方法研究

本文报道了目前表面增强拉曼活性基底的制备方法、研究进展和应用前景。     

基于静电自组装银膜的急性粒白血病氧合血红蛋白表面增强拉曼光谱研究

文中基于高效、生物兼容性纳米结构银膜,采用便携式拉曼光谱仪分别对10个健康人和10个急性粒白血病患者的氧合血红蛋白进行了表面增强拉曼散射(SERS)光谱的研究。实验发现,健康人与急性粒白血病患者的氧合血红蛋白SERS光谱存在显著差异:(1)健康人氧合血红蛋白SERS光谱中位于340cm-1附近很弱的拉曼峰在急性粒白血病患者的SERS光谱中变的很强;(2)健康人氧合血红蛋白SERS光谱中位于655 cm-1附近的拉曼峰在急性粒白血病患者SERS光谱中蓝移到670 cm-1附近,同时在727cm-1附近出现一个新的拉曼峰;(3)对健康人和急性粒白血病患者氧合血红蛋白SERS光谱中位于472、814、1335、1423和1588 cm-1处的拉曼峰相对强度比研究发现,相对强度比I814/I472,I1335/I472、I1423/I472和I1588/I472可以作为较好的区分健康人和急性粒白血病患者的SERS光谱诊断指标,这为基于SERS光谱技术进行急性粒白血病诊断提供了初步实验依据。     

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。     

表面增强拉曼光谱研究正己硫醇分子在银基底表面自组装过程的时间和浓度因素影响

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种具有超灵敏检测能力的谱学技术,可以在单分子水平上检测分子结构的动态变化过程。烷基硫醇的自组装膜是一类典型的类晶态有序结构薄膜,在仿生、材料、电子和化学等领域有着重要的应用,越来越受到人们的关注。本文利用SERS对正己硫醇(hexanethiol,HT)分子在银基底上的吸附和组装过程进行研究,对HT的拉曼和自组装膜SERS光谱进行了指认。根据C-S,C-C和CH₃键结构的反式和旁式的特征光谱信息,研究HT吸附在银纳米粒子表面的构象,以及自组装膜结构的有序性。研究了吸附时间和浓度两个因素对成膜规律产生的影响。实验结果表明,当HT溶液浓度较高时,HT单层膜成膜速率较快,且有序性较好;当HT溶液浓度较低时,HT单层膜成膜速率较慢,且有序性较差。这一研究结果对成膜动力学以及烷基硫醇的有序单层膜的制备具有重要的指导意义,为基于烷基硫醇的自组装单层膜在防腐、器件和生物方面的应用奠定了基础。     

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。     

表面增强拉曼散射活性基底的制备

表面增强拉曼散射是一种新型光学物质检测方法,与传统的气相色谱分析和质谱分析等方法相比,具有高灵敏度、高分辨率和可猝灭荧光等优点。而活性基底表面形态是SERS效应能否发生和SERS信号强弱的重要影响因素．本文分析介绍了5种表面增强拉曼散射活性基底的制备方法,对其实际应用效果做了简要分析。     

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。     

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.     

巯基苯并咪唑在银电极表面的自组装吸附特性及表面增强拉曼光谱

采用循环伏安法处理Ag电极,得到活化的具有表面增强拉曼光谱(SERS)效应的粗糙Ag表面,进一步采用激光拉曼光谱探讨了2-巯基苯并咪唑(MBI)在其表面的自组装分子层的吸附特性。实验表明,在活性Ag表面的MBI自组装分子层能够产生理想的SERS效应,其强度随探针分子MBI浓度的增加先提高后减弱,达到一定浓度时因受其空间位阻等因素的影响,增强效应减弱。MBI在1×10^-6 mol·L^-1 浓度时增强效果最大。拉曼增强效应随着体系酸度的变化有着明显不同,在强酸性条件下的增强效应明显优于中性和碱性条件。MBI分子存在两种不同的异构体和在不同酸度下存在3种不同的存在形态,并形成动态平衡。pH <2时,MBI分子主要以硫酮式MBI⁺存在,并以巯基上的S:与活性Ag以配位方式吸附成键,其整个大π键平面垂直地吸附于Ag表面,产生相对较大的SERS信号。pH >2时,由于硫酮式和硫醇式与活性Ag的键合方式和能力不同,硫醇式上的S与Ag以S-Ag共价方式同时双键侧上的N以配位方式协同参与吸附成键,比硫酮式MBI⁺的单纯配位吸附要强,因而形成了竞争吸附,表现为SERS在pH=2~3.7之间的急剧下降。MBI硫醇式由于以S-Ag、N-Ag键的协同吸附,形成了倾斜侧卧式垂直吸附,而使拉曼增强效应相对减弱。     

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.     

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。     

微过氧化酶的共振拉曼和表面增强拉曼光谱研究

采用电化学、共振拉曼和表面增强共振拉曼光谱研究了溶液态和吸附态微过氧化酶－１１（ＭＰ－１１）的电子传递及溶液和界面结构特征。结果表明,ＭＰ－１１在溶液中中心血红素铁以六配位状态存在,吸附于粗糙银电极表面时,则因ＭＰ－１１分子的重新取向而部分转化为五配位状态,氧化还原反应进一步促进这种配位状态的转化,并且配位状态也直接影响ＭＰ－１１的氧化还原性质。     

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。     

可循环使用表面增强拉曼散射基底研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)技术克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点,可以获得常规拉曼光谱不易得到的分子结构信息,成为分子甚至单一分子痕量检测的一个重要手段,在生命科学、分析化学等领域得到了广泛的应用。SERS基底是SERS检测中的核心部件,只有少量特殊处理的贵金属才具有较强SERS效应,同时这些传统SERS基底一般都是一次性使用,这给实际使用造成资源的浪费。在简要介绍SERS光谱发展的基础上,重点介绍了近期在可循环SERS基底的制备和应用作一述评,并对可循环SERS基底的研究和发展做了展望。