基于光热效应实现金纳米粒子的聚集及其SERS应用

为了实现金纳米粒子的高效聚集,获得高灵敏度的表面增强拉曼散射(SERS)基底,并研究激光对金纳米粒子的光热效应,搭建了一套集成像、SERS探测、光捕获为一体的光操控-显微拉曼系统,通过实验研究了光热效应对溶液中金纳米粒子的作用以及对待测物芘的SERS信号增强效应。此外,利用时域有限差分(FDTD)法从理论上计算了金纳米粒子聚集体与单个金纳米粒子的电场增强效果。结果表明:溶液中的金纳米粒子在热泳力及对流的共同作用下在石英衬底表面聚集,聚集速度受外界环境温度的影响;随着聚集时间延长,待测物芘的SERS信号强度增加,且其稳定后的SERS信号强度比金纳米溶胶基底增强了15倍;FDTD模拟结果表明金纳米粒子聚集体会产生比单个金纳米粒子更高的SERS增强因子,增强因子为1.30×10⁷。本研究利用光热效应实现了大范围、高效率捕获金纳米粒子的光操控,该方法可显著提高金纳米粒子的SERS效应,在化学和生物等领域的物质检测分析方面具有较大的应用潜力。     

金纳米空球的合成及其SERS效应

本文利用非晶硒溶胶作模板合成了金纳米空球,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及拉曼光谱对其进行了表征,结果显示,所得到的金纳米空球呈多晶结构,粒径约为150 nm,壳层厚度约为25 nm,表面为颗粒状金原子团簇;将金纳米空心球组装到玻碳电极表面,以SCN-作为探针分子,初步探讨了金纳米空球的SERS效应,表明其具有较强的SERS活性。     

氧化铜纳米粒子的制备及其SERS特性

采用激光刻蚀法在水溶液中制备了氧化铜纳米粒子,刻蚀完成后将氧化铜胶体沉积在铝片上形成一层氧化铜岛膜.所得纳米粒子的紫外—可见吸收峰在280 nm处,表明所得为氧化铜.原子力显微镜观察表明所制得的纳米粒子具有椭圆状结构,长轴约为30～50 nm,厚度约为8 nm.扫描电镜图片显示氧化铜粒子沉积在铝基底后形成了大小在0.5...     

自组装银纳米粒子及其SERS增强效应

采用柠檬酸三钠还原硝酸银方法制备出银纳米粒子, 并通过在玻璃表面修饰3-氨基丙基-三乙氧基硅烷( APTES)对银纳米粒子进行自组装。利用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和扫描电子显微镜(SEM)测试手段对样品进行分析和表征。由测试结果可知银纳米粒子的尺寸比较均匀, 组装致密度较高, 基本以亚单层的形式分布于基底表面。进一步研究了以结晶紫(CV)为探针分子的自组装基底的表面增强拉曼光谱(SERS), 计算发现该基底的拉曼增强因子数量级达106。结果表明: 银纳米粒子自组装基底具有良好的SERS增强效应, 为痕量CV的检测提供了有效的方法。     

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。     

金纳米粒子的电化学合成及光谱表征

采用电化学方法合成各种形状的金纳米粒子,生成的金纳米粒子形貌与施加电流有关,通过匀速递增电流电解的方法,可制备得到哑铃形,球形以及棒状金纳米粒子,采用恒电流电解方法主要获得球形及哑铃形纳米粒子。利用透射电镜、紫外-可见光谱及拉曼光谱对金纳米粒子进行相关表征。紫外-可见光谱研究发现金纳米棒出现位于近红外区间的吸收峰(985 nm),由此推测棒的长径比约为6。以结晶紫为探针分子,研究了金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS)效应,并分析得出其平躺的吸附模式。根据形貌表征的结果推断了纳米粒子的生长机理。     

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。     

基于毛细管的金纳米棒与纳米哑铃组装结构SERS效应比较研究

本文介绍了基于毛细管的金纳米棒(Au nanorods, AuNRs)与金纳米哑铃(Au nanodumbbells, AuNDs)组装结构,并从灵敏性、均一性和重现性等角度对两种不同纳米单元构筑的基底进行了表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)效应比较研究。结果表明,合成前驱体和分散体系均相同基础上调控得到的两种纳米单元在表面配体交换处理与构筑工艺一致前提下的基于毛细管组装,AuNDs较AuNRs组装结构表现出更高的SERS活性,而两者的均一性和重现性相当。通过选择SERS效应相对显著的毛细管基AuNDs组装结构对实际水体中的孔雀石绿进行取样和SERS检测,检测能力达到2×10~(-3)μg/g量级,表明此策略对实际水体中微量孔雀石绿的快速高灵敏检测具有一定的可行性。     

三维时域有限差分法计算金纳米粒子尺寸与SERS活性的关联

通过合成一系列不同粒径(16～160 nm)的金纳米粒子.观察到120～135 nm的金纳米粒子在632.8nm波长激发下具有最高的SERS活性,这与前人报道的电磁场理论及实验的结果不同.利用三维时域有限差分法对金纳米粒子的SERS活性与其尺寸以及入射光波长的关系进行模拟计算.在632.8 nm激发线下,金纳米粒子二聚体体系在粒径为110 nm左右具有最佳增强效应,其光电场耦合最强的热点处的增强因子高达109考虑到体系的平均SERS增强因子通常会比最大值低约2个数量级,计算得到的107的增强因子与实验测量值相符.同时对目前实验上尚难以合成的大尺寸的金纳米粒子进行模拟,结果表明受多极矩和大尺寸效应的影响在粒径220 nm时又出现SERS增强另一峰值.在325 nm的紫外激发线下,计算得到的增强因子仅为102.     

偶联分子对金纳米粒子在玻片上组装的影响

将金纳米粒子组装在用3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APES)修饰的普通玻片上,再分别用偶联分子对巯基苯胺、1,4-二巯基苯在该基底上再次组装金纳米粒子,结果表明用对巯基苯胺作为组装的偶联分子得到双层金纳米粒子结构,对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱信号得到增强,而用1,4-二巯基苯作为组装的偶联分子得到单层金纳米粒子结构。     

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。     

用于SERS基底的Au-Pd核壳纳米颗粒和银纳米立方颗粒的制备及表征(英文)

本文研究了尺寸可控的Au -Pd核壳纳米粒子和银纳米立方颗粒的表面增强拉曼散射(SERS)活性。发现Au-Pd核壳纳米粒子的增强能力要比粗糙的钯电极强;银纳米立方颗粒的增强能力和粗糙的银电极相当。更为重要的是,银纳米立方颗粒既具有原子级平整的小单晶面又处于纳米尺度,因而它们可以作为粗糙表面和结构确定的单晶表面之间的桥梁,对其SERS效应的研究可以加深人们对SERS机理的认识。     

金微/纳颗粒阵列的SERS效应研究

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,简称为SERS)能够提供有机分子的指纹特征信息,且具有灵敏度高和响应时间快等优点,是一项具有发展前景的分析技术。纳米结构SERS基底是获得SERS信号的关键。本文利用简便的电沉积方法在硅片上制备大面积的金微/纳颗粒阵列。金纳米颗粒之间存在大量狭小的纳米间隙,在光激发下产生大量的SERS热点,从而具有很高的SERS灵敏度。而且,这种金微/纳结构具有高结构稳定性和化学稳定性。该结构对浓度低至10-12 M的罗丹明6G(R6G)具有很高的SERS灵敏性,且具有很好的SERS信号均匀性。利用这种微/纳结构阵列SERS基底,实现对水中低浓度农药甲基对硫磷的成功检测。这表明我们制备的金微/纳颗粒阵列在检测环境中的毒性有机物污染物方面具有潜在的应用前景。     

Fundamental studies on enhancement and blinking mechanism of surface-enhanced Raman scattering （SERS） and basic applications of SERS biological sensing

We review recent our results in the fundamental study of surface-enhanced Raman scattering （SERS） with emphasis on experiments that attempted to identify the enhancement and blinking mechanism using single Ag nanoparticle dimers attached to dye molecules. These results are quantitatively discussed in the framework of electromagnetic mechanism. We also review recent our results in basic SERS applications for biological sensing regarding detections of cell surface molecules and distinction of disease marker molecules under single cell and single molecule level.     

溶液酸碱性对腺嘌呤分子吸附构型影响的SERS光谱研究

核酸碱基是构成核酸的基本单元,有关核酸碱基结构的研究是核酸研究工作的重要基础。本研究借助于表面增强拉曼散射技术,对不同pH值条件下腺嘌呤分子在金表面的吸附构型及其变化特征进行了研究。研究结果表明,随着溶液酸性的增强、腺嘌呤分子质子化程度的增大,腺嘌呤分子在金表面的吸附态倾向于由通过氨基和嘌呤环上7位的氮原子作为结合点的直立吸附转变为分子平躺的吸附形式。这一转变过程通过腺嘌呤的环呼吸全对称伸缩振动的特征谱峰其强度有规律的显著变化而得以表征。有关这一谱峰的增强作用可以通过表面增强拉曼散射的电荷传递(CT)机理来加以说明。     

DNA模板自组装正电荷纳米金基底的增强SERS效应

本文将合成的直径为10 nm的正电荷金纳米颗粒通过静电作用高密度自组装到带负电荷的长链λ-DNA分子上, 形成了高密度的具有纳米间隙的金纳米颗粒网络结构。研究了孤立的金纳米颗粒和所自组装的金纳米颗粒-DNA复合材料作为表面增强拉曼散射(SERS)基底的活性。原本对SERS信号响应较弱的10 nm直径的金纳米颗粒, 在自组装到DNA上形成具有纳米间隙的金纳米颗粒网络后, 产生了均匀、一致、强烈的SERS增强响应。我们利用用该基底对罗丹明G(R6G)、吡啶(Py)和对巯基苯胺(4-ATP)等不同类型的小分子化合物进行SERS检测的结果表明, 此方法制备SERS基底产率高、均一, 具有较好的SERS增强效果好, SERS信号稳定性和重复性相对常规孤立的金纳米颗粒SERS基底有很大提高。     

Fe3O4@Ag纳米粒子的制备与表征

采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米颗粒,并以之为原料利用晶种生长法进一步制备Fe3O4@ Ag复合纳米材料.利用紫外-可见吸收光谱和表面增强拉曼散射光谱对复合纳米材料的性能进行表征,显示Fe3O4@ Ag复合纳米材料具有良好的SERS活性.     

单晶金微米片的电磁场增强及伴随的SERS效应

我们通过SERS的方法研究了单个金微米片表面不同区域的电磁场增强。首次对单个金属粒子采用拉曼区域成像的方法为电磁场增强提供了直接的实验证据。用结晶紫作为探针分子,通过对金微米六边形及截断的金微米三角形的SERS研究,直接证明金属粒子的边和角比面的电磁场增强更强。排除分子吸附、杂质干扰、晶体缺陷、表面活性剂等因素的影响,最后得出金微米片上电磁场增强的强弱顺序是角#边#面。     

海胆状金纳米粒子表面形貌对表面增强喇曼散射特性的影响

采用改进的一步还原法合成了多种海胆状金纳米粒子,并对它们的表面增强喇曼散射特性与其表面形貌的关系进行了实验研究.实验表明,合成的海胆状金纳米粒子的直径及表面的尖刺大小可以通过改变加入到氯金酸溶液中的硝酸银的量来调节.当加入到氯金酸溶液中的硝酸银为1μL时,合成的海胆状金纳米粒子的直径最小而尖刺最长.同时测量的紫外-可见-近红外吸收光谱表明,海胆状金纳米粒子的局域表面等离子体共振带会随着加入到氯金酸溶液中的硝酸银量的增加而变宽.此外,通过喇曼标记分子对巯基苯甲酸(4MBA)的喇曼光谱测量发现,较小直径和较长尖刺的海胆状金纳米粒子具有更强的表面增强喇曼散射活性.