嵌入式柔性基底与半导体/贵金属复合物的制备及其SERS定量分析

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近年来,食品安全受到人们的广泛关注,开发一种灵敏、快速和准确可靠的分析方法评估食品安全在食品行业显得尤其重要。表面增强拉曼光谱(SERS)具有灵敏度高、选择性高、无损性强、显著增强目标分析物拉曼信号等优点,在食品行业的快速、超灵敏检测方面具有巨大的应用潜力。对SERS定量分析而言,制备高活性SERS基底是其中最重要的环节。本文采用简单、快速的方法制备银纳米线(Ag NWs)嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)的柔性材料,结合银的高SERS活性和PDMS的柔性等特性,探索水果表皮孔雀石绿残留的擦拭检测以及指纹残留检测应用;采用绿色合成方法制备三维Ni O纳米花负载银纳米颗粒的复合结构,探索基于氧植入的多重SERS信号放大效应的机理研究,开展动物肉中阿莫西林残留的快速检测工作。主要内容如下:第一部分:Ag NWs@PDMS嵌入式柔性薄膜的多模式SERS检测孔雀石绿研究。用于水果以及指纹残留中芳香染料(如孔雀石绿,MG)痕量SERS检测分析的擦拭采样法,由于具备实用性和高效性在食品安全和法医学中具有广阔应用前景。然而,这种采样方法的关键在于SERS基底的耐用性和循环使用。在本工作中,通过将商业Ag NWs嵌入PDMS薄膜中,构建了一种具备高SERS活性、耐用且可循环使用的新型柔性薄膜(Ag NWs@PDMS)。该薄膜即使在20次的拉伸、HNO3腐蚀、超声波破坏以及-20至80℃的工作环境下,仍保持高SERS性能。以MG为探针分子,仅需乙醇-水的简单清洗,柔性薄膜材料实现高达10次循环使用。制备的Ag NWs@PDMS成功用于水果(如苹果和梨)中MG的定量检测,检出限为10 n M,且具备良好的抗干扰性能。同时,由于柔性特性能灵敏地检测水果上的MG残留(低至3 ng/cm~2),实现五个循环的表面擦拭检测应用。结合便携式拉曼光谱仪,将滴在手指上的MG在柔性膜上连续按压,实现了连续10个按压指纹残留物的便携式检测。第二部分:基于氧植入的Ni O/Ag纳米复合物用于高灵敏SERS检测动物肉中阿莫西林残留。由于抗生素的滥用,人们对于低成本和便携检测抗生素的SERS传感器的需求日益增加。目前最受欢迎的传感器需要有多重信号放大能力,操作简单、成本低的优点,才能保证检测的高灵敏度和高选择性。在本工作中,我们以Ag纳米颗粒修饰的三维Ni O纳米材料为基础,开发了一种以阿莫西林(AMO)为目标分析物的超灵敏SERS检测传感器。该传感器实现了Ag的强局域表面等离子体共振(LSPR)、Ag和Ni O的CT协同效应以及Ni O退火诱导的氧植入等多重信号放大功能,并进行了详细讨论。采用罗丹明6G(R6G)对其基本SERS性能进行了评估,其增强因子高达1.60×10~7,同时基底具备良好的均一性、重现性以及在塑料等柔性材料上的良好可转移性。通过Ni O/Ag基底的信号放大策略,将其进一步用于动物肉中AMO的定量SERS检测。获得良好的选择性且回收率在94.13%~104.10%,检出限低至1 n M(~0.4 ppb)。
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