發(fā)布時間：2020-05-31 11:04

【摘要】：由于表面增強拉曼散射(SERS)具有獨特的指紋光譜、無損快速檢測和高靈敏度等優(yōu)點,其作為一種強大的分析技術(shù),已被廣泛用于分子檢測、生物成像、診斷、反應(yīng)監(jiān)測等。傳統(tǒng)的基于金屬納米粒子的SERS平臺已不能滿足日益增長的分析需求,磁性等離子納米復合材料成為新的研究熱點。磁性SERS基底的制備是至關(guān)重要的,尤其是在基底的靈敏性、穩(wěn)定性和重復性方面依然面臨著挑戰(zhàn)。本文制備了一系列具有高靈敏性和良好重復性的立方狀磁性SERS活性基底,并探究了其在傳感器方面的應(yīng)用。具體內(nèi)容和研究結(jié)果如下:1、首次合成了具有超順磁性和分散性良好的均勻立方狀Fe3O4@SiO2@Au@Ag磁性納米粒子。第一步摸索單一立方體形貌α-Fe2O3制備條件;第二步改進Stober法合成了α-Fe2O3@SiO2;第三步將α-Fe2O3@SiO2在360 ℃氫氣氣氛中煅燒,高溫還原得到Fe3O4@SiO2。SiO2殼層不僅能保護規(guī)整的立方體形貌,且可為進一步負載Au@Ag納米粒子提供堅固的骨架;第四步通過PEI自組裝,在Fe3O4@SiO2表面形成多功能PEI薄殼層,PEI層既能防止Fe3O4@SiO2粒子團聚,又能保持良好磁性。PEI修飾后的Fe3O4@SiO2納米粒子表面有大量NH2-,可以與Au@Ag溶膠形成N-Ag鍵,因此在Fe3O4@SiO2表面密集了大量Au@Ag納米粒子。對該復合材料進行系統(tǒng)表征,如SEM、XRD、TEM、元素mapping和能譜。通過對PATP、CV和福美雙分子檢測,Fe3O4@SiO2@Au@Ag表現(xiàn)出優(yōu)異SERS活性,基底具有良好的重復性,磁聚集如預期增強了SERS信號。2、將立方狀Fe3O4@SiO2包覆介孔TiO2層后,制備得到表面如針刺狀特殊形貌的磁性Fe3O4@SiO2@mTiO2納米粒子。由于表面大量尖端結(jié)構(gòu),可能會產(chǎn)生更多“熱點”增強SERS信號。將Fe3O4@SiO2@mTiO2納米粒子和Au@Ag溶膠結(jié)合,探討其協(xié)同增強效應(yīng),該組合用來TNT超靈敏檢測。Fe3O4@SiO2@mTiO2/PATP能夠捕獲TNT是因為電荷可以從PATP的富電子氨基轉(zhuǎn)移到TNT的缺電子芳香環(huán),形成電子共振PATP-TNT復合物。Fe3O4@SiO2@mTiO2//PATP與Au@Ag混合后,當存在微量TNT,PATP-TNT復合物將大大增強SERS信號。該傳感器在去離子水中TNT最低檢測限為10-12M,且該傳感器可應(yīng)用于湖泊水和白酒等實物體系中痕量TNT檢測,具有潛在實際應(yīng)用前景。3、制備了單一均勻、無團聚的立方體狀Fe3O4@TiO2@Au SERS活性基底,可以對有毒聯(lián)苯胺和苯酚衍生物進行高度敏感的檢測,易操作,可光降解。與上一章包覆TiO2方法不同,拓展了傳統(tǒng)包覆SiO2的溶膠-凝膠法,利用TBOT作為水解前體,在氨水、乙醇混合物中進行水解和縮合反應(yīng),研究不同水解條件,合理控制水解速度,促進其異相成核,避免較多同相生長,使得包覆上TiO2層保持單一、無團聚原來母體立方形貌。以APTMS對Fe3v4@TiO2進行功能化,大量的裸露在外面的NH2-可與Au形成強化學作用,使得Fe3O4@TiO2表面能可控覆蓋一層致密Au顆粒。以PATP和聯(lián)苯胺或者酚類衍生物進行偶氮偶聯(lián)捕獲目標檢測分子,偶氮產(chǎn)物利用SH-與Fe3O4@TiO2@Au基底結(jié)合。由于偶氮產(chǎn)物具有特殊的SERS指紋圖譜,可對有毒分子聯(lián)苯胺和酚類化合物進行鑒別。此外,通過Tiv2輔助和等離子體增強光催化,實現(xiàn)了偶氮化合物的降解。
【圖文】：

圖１．１邋Ｒａｙｌｅｉｇｈ散射和Ｒａｍａｎ散射逡逑

１．２ａ），例如，苯的散射截面為邋２．８ｘｌ（Ｔ２９Ｃｍ２ｍｏｌｅｃｕｌｅ＇１［１５１。逡逑拉曼效應(yīng)可以通過表面增強拉曼散射（ＳＥＲＳ）來提高，ＳＥＲＳ增強產(chǎn)生于具有逡逑等離子體性質(zhì)的金屬粗糙表面，如圖１．３。傳統(tǒng)的表面增強拉曼散射依賴于表面逡逑等離子體極化的開發(fā)，這種等離子體極化是由激光激發(fā)貴金屬（Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ）納逡逑米顆粒、納米結(jié)構(gòu)或電化學粗糙表面相互作用而激發(fā)的［ｉｗａ１。逡逑第一個觀察拉曼增強光譜的是Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｍｉ１２１１，，在電化學實驗中，當吡啶分逡逑子作用于銀表面，首次得到了拉曼增強效應(yīng)。這種效應(yīng)的基礎(chǔ)是接近納米粒子的逡逑分子非彈性散射的增強（圖１．２ｂ），增強范圍為１０５邋－１０６數(shù)量級（截面為ＨＴ１７－逡逑１（Ｔ１６邋ｃｍ２分子在使用金屬納米粒子時，一個重要的考慮因素是表面電荷。逡逑Ｇａｒｒｉｄｏ等開發(fā)了新的銀納米粒子［２２］，以獲得帶負電荷生物分析物的ＳＥＲＳ信號，逡逑從而改進了邋ＳＥＲＳ技術(shù)應(yīng)用。在金屬表面上，ＳＥＲＳ己經(jīng)證明了單分子的敏感性。逡逑虛態(tài)徒級逡逑ｈｖ0邋ｈ
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TB33

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 顧海昕;張永豐;;SERS技術(shù)在火災物證鑒定中的應(yīng)用與展望[J];消防科學與技術(shù);2018年11期

2 吳虹標;;氧化作用對于貴金屬SERS性能的影響研究[J];科學技術(shù)創(chuàng)新;2019年11期

3 Dan Song;Rong Yang;Feng Long;Anna Zhu;;Applications of magnetic nanoparticles in surface-enhanced Raman scattering(SERS)detection of environmental pollutants[J];Journal of Environmental Sciences;2019年06期

4 Mingwang Li;Yuanyuan Qiu;Chenchen Fan;Kai Cui;Yongming Zhang;Zeyu Xiao;;Design of SERS nanoprobes for Raman imaging:materials, critical factors and architectures[J];Acta Pharmaceutica Sinica B;2018年03期

5 陳華祥;尤汀汀;徐更;高宇坤;張晨萌;楊楠;殷鵬剛;;濕度響應(yīng)納米復合材料的組裝及其SERS傳感器應(yīng)用（英文）[J];Science China Materials;2018年09期

6 孟娟;楊良保;張莉;唐祥虎;;基于SERS技術(shù)快速實現(xiàn)現(xiàn)場毒品檢測[J];光散射學報;2016年04期

7 趙苗苗;劉文耀;杜建功;郭旭東;王磊;夏美晶;唐軍;;Multidimensional Co_3O_4 nano sponge for the highly sensitive SERS applications[J];Optoelectronics Letters;2017年01期

8 宋薇;劉卓;齊寶玲;郭月;王麗麗;王海;何成彥;趙冰;;半導體納米粒子SERS基底對大腸桿菌的無損檢測研究[J];光譜學與光譜分析;2017年05期

9 趙進輝;李耀;袁海超;劉木華;;鴨肉中環(huán)丙沙星殘留的表面增強拉曼光譜測定[J];分析測試學報;2017年05期

10 趙冰;陳雷;;SERS免疫檢測探針的設(shè)計與制備[J];吉林師范大學學報(自然科學版);2017年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 顧海昕;薛林;張永豐;;納米金復合微球SERS基底的制備及其在火災物證鑒定中的應(yīng)用研究[A];2016中國消防協(xié)會科學技術(shù)年會論文集[C];2016年

2 劉凡新;詹鵬;吳蔚;王振林;;Gap Plasmons Spilling-out for Single-Molecule SERS[A];第十九屆全國光散射學術(shù)會議摘要集[C];2017年

3 Shuai Yue;Xiao-Ting Sun;Ning Wang;Ya-Ning Wang;Yue Wang;Ming-Li Chen;Jian-hua Wang;Zhang-Run Xu;;A SERS-Fluorescence Dual-Mode p H Sensing Method Based on Janus Microparticles[A];第十九屆全國光散射學術(shù)會議摘要集[C];2017年

4 Jing Wang;Shuping Xu;Weiqing Xu;Haiyu Wang;;Porous Heterogeneous Au@CuO Nanrod Array: Photocatalytic and SERS Applications[A];第十九屆全國光散射學術(shù)會議摘要集[C];2017年

5 何璇;;仿生表面增強拉曼散射(SERS)芯片的設(shè)計及在爆炸物痕量分析中的應(yīng)用[A];2017年版中國工程物理研究院科技年報[C];2018年

6 Pir Muhammad;Zhen Liu;;Boronate affinity molecularly imprinted polymers combined with surface enhanced Raman Scattering(SERS) for the detection of glycoproteins[A];第二十屆全國色譜學術(shù)報告會及儀器展覽會論文集（第二分冊）[C];2015年

7 趙祥偉;牟忠德;劉兵;薛江陽;王德龍;顧忠澤;;基于有序微納結(jié)構(gòu)的SERS檢測及其生物醫(yī)學應(yīng)用[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第四分會：生物分析和生物傳感[C];2016年

8 莊洪軍;李敏;;一種基于SERS技術(shù)檢測鋅離子的新方法[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三分會：納米傳感新原理新方法[C];2016年

9 趙冰;賈慧穎;王延飛;;新型SERS基底的制備與功能化半導體納米粒子的SERS研究[A];第十三屆全國光散射學術(shù)會議論文摘要集[C];2005年

10 孫獻文;朱紀春;張振龍;韓俊鶴;魏凌;莫育俊;;激光刻蝕銀膠的制備及其SERS應(yīng)用[A];第十二屆全國光散射學術(shù)會議論文摘要集[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 本報記者 孫萌萌;“科學的光環(huán)無法刻意‘打造’”[N];人民政協(xié)報;2017年

2 記者 吳吉 通訊員 段文迪 孫銘澤;哈工大(深圳)本科生論文上頂級期刊[N];深圳商報;2019年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 鮑皓明;基于薄層固態(tài)轉(zhuǎn)變的表面增強拉曼光譜[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

2 郭靜;貴金屬納米結(jié)構(gòu)的腐蝕加工及其SERS效應(yīng)研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

3 孫梅;磁性表面增強拉曼散射納米復合材料的制備及其傳感應(yīng)用[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

4 鄒玉秀;石墨納米囊在SERS定量分析和生物醫(yī)學中的應(yīng)用[D];湖南大學;2018年

5 郭紅燕;多功能磁性/貴金屬復合SERS基底的制備及應(yīng)用研究[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

6 楊琳;典型癌癥標志物的SERS免疫分析及光熱免疫分析新方法[D];西南大學;2018年

7 王俊峰;金/銀殼磁珠及其復合基底的可控制備與SERS檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2016年

8 伍磊;基于表面增強拉曼光譜（SERS）的多元蛋白檢測芯片技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];東南大學;2017年

9 李洪吉;復合型銀基SERS印跡探針的制備及其選擇性檢測環(huán)境水體中有機污染物的行為研究[D];江蘇大學;2018年

10 汪崇文;高性能磁性SERS基底的制備及應(yīng)用研究[D];北京工業(yè)大學;2018年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 陸永新;基于天然纖維素的SERS及比色傳感器設(shè)計合成[D];浙江大學;2019年

2 蔡彥Z

本文編號：2689761