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表面增强拉曼散射(SERS)光谱能提供高灵敏度检测及丰富的结构信息,从而使其在检测和表征方面成为有力的光谱技术。SERS已经历经了从对其粗糙的电极表面体系中的研究到对其更加精细、全面的研究,如单分子光谱。然而,大多数的SERS基底主要是以金、银、铜为主,从而在SERS基底的普适性问题上大大的限制了SERS的发展和应用。田中群组提出了一种新颖的“壳层隔绝纳米粒子拉曼增强光谱”(SHINERS)技术,大大的拓展了SERS的应用范围,并且已经证明了这种技术实用性,其可以在一些常规拉曼光谱无法使用的领域应用。
在SERS基底中,“热点”的存在会使其增强因子提高几个数量级。在耦合的纳米粒子间隙处,其电磁场强度会被大大的增强,从而使拉曼增强因子极大的增强以至可以实现对待测物质的单分子检测。尽管从理论和实验层面关于“热点”现象的研究已经很多,但是其还存在一些难以理解的方面。目前在纳米粒子自组装方面有很多种方法,但是制备大尺寸的金或银纳米结构且具备高密度“热点”的SERS基底到目前为止仍是一个难题。从方法学的角度,我们针对不同的目的设计制备了两种不同的SERS基底。
具体的研究内容如下:
(1)我们通过简单的一步法合成了功能化的金/聚邻巯基苯胺(Au@PAT)壳层隔绝纳米粒子,其壳层厚度可以调控,且包裹均匀、无针孔、表面功能化。因为壳层是聚邻巯基苯胺,故其含有大量的氨基功能团,可以和三硝基甲苯(TNT)相互作用形成Meisenheimer络合物,从而可以实现对TNT选择性检测。基于壳层的多功能性,这就大大的拓展了SHINERS的应用范围。同时这种Au@PAT也可能用在常规的光谱中,如红外光谱、和频光谱及荧光光谱。我们认为这种壳层隔绝纳米粒子将成为新一类SERS传感器,将可应用在对特定目标分子或离子的检测。
(2)我们通过简单的苯胺聚合方法制备了带正电荷的聚苯胺模板,利用静电作用,将带负电荷的金纳米粒子组装上去,通过改变金纳米粒子的大小优化实验条件,实现高产量高密度“热点”SERS基底的制备。实验结果显示该SERS基底具有较高的检测灵敏度和稳定的检测重现性。该SERS基底合成方法简单、成本较低且可重复利用,有望为SERS基底的实用化提供一条思路。