几种柔性SERS基底的研究

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表面拉曼增强作为一种强有力的实验手段,广泛应用在化学、催化、生物、医学、环境、食品安全等等诸多领域,可以提供非破坏性的、超灵敏的表征,检测极限可以达到单分子级别。柔性基底能够包裹复杂的表面进行SERS探测,拥有良好的机械耐性,且能够随意裁剪为任意的尺寸与形状。其对推动SERS技术的现实应用具有重要意义。本论文中,我们设计制备了几种新颖的柔性SERS基底,并详细研究了其性能。这几种基底都具有非常好的SERS性能与柔性,即使经过100~200次弯折后对R6G测试仍能得到稳定的拉曼信号。与常规SERS基底比较,这些新型基底具有轻量、可折叠、便携等优势。更重要的是可以实现大规模生产,且成本较低。本文提出了一种简便、有效的制备柔性透明SERS基底的方法。利用纳米压印技术及多孔氧化铝模板,得到一种镶嵌金纳米颗粒的纳米柱结构聚合物SERS基底。其对R6G分子的拉曼增强因子达到了8.2×107,对浓度为10-12M的R6G溶液仍能测到明显的拉曼信号。此基底显示出了优异的重复性,R6G的六个主要拉曼峰的相对标准偏差值均小于10%。而且,这种基于聚合物的基底兼具优异的透明性与柔性,其可以应用在瓜果蔬菜表面农药残留的原位探测、水溶液中污染物的原位检测、微生物实时检测以及化学反应的快速现场分析等等领域。首次利用倒锥形氧化铝模板及纳米压印技术得到了另一种性能稳定的柔性透明SERS基底,即镶嵌金纳米颗粒的纳米锥结构聚合物SERS基底。获得的SERS基底对R6G分子的拉曼增强因子达到了1.3×108,可以将R6G的探测极限降低到10-12M以下。该基底具有优异的重复性,R6G的六个主要拉曼峰的相对标准偏差值均小于11%。利用纳米压印和ICP刻蚀技术设计制备了亚微米级锥形硅模板。并基于此模板与纳米压印技术,首次制备了一种镶嵌金纳米颗粒的亚微米级聚合物锥形孔阵列SERS基底。获得的SERS基底对R6G分子的拉曼增强因子可达到9.2x107,并且其对浓度为10-12M的R6G溶液仍能测到明显的拉曼信号。而且此基底拥有很好的重复性,R6G的六个主要拉曼峰的相对标准偏差值均小于13%。首次使用化学方法将银纳米颗粒沉积于三维编织结构的碳布表面,我们得到了一种性能稳定的银纳米颗粒/碳布SERS基底。通过控制反应时间,获得性能最优基底。此SERS基底显示了优异的重复性,对浓度为10-14M的R6G溶液仍能测到明显的拉曼信号。该新型基底具有轻量、便携、易处理及成本低等优势,而且非常适用于大规模生产。
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