收藏本站
《安徽大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

温敏性凝胶模板组装的SERS基底动“gap”研究

吴义平  
【摘要】:表面增强拉曼光谱(SERS)技术发展至今已经能够实现单分子水平上的检测。大量研究表明这种信号的增强主要是由于贵金属纳米粒子之间的等离子耦合导致电磁场增大所致,所以SERS技术的发展强烈依赖于新型SERS活性基底设计与制备,特别是对SERS基底中贵金属纳米粒子的间隙即“gap”的调控。实际上,构建均一的、有效的SERS基底仍然具有挑战性,因为这一般都需要高成本的消耗和复杂的合成过程。采用一种简单的方法,合成能将SERS信号强烈放大并且更加均一有效的SERS基底显得尤为必要,从而有别于现有的合成方法:金属纳米粒子一旦被合成或组装好,纳米粒子的间隙就被固定。特别是,基底中纳米粒子间隙能够进行调控并且形成最佳的分布区间,即“热点”多并且分布范围窄。水凝胶聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)因为其含有亲水的酰胺键和疏水的烷基链而显示出良好的温度敏感性已经被广泛研究。其在纯水中的临界相转变温度(LCST)一般为32℃,这样的温度在实际的实验中很容易操作。当体系温度低于LCST时,凝胶中的酰胺键结合大量的水分子而显示其膨胀状态;当体系温度高于LCST时,酰胺键与水分子之间的氢键会断裂,使得水分子排出凝胶网络结构,凝胶体积产生明显的收缩;而且这一膨胀收缩过程随温度的改变呈现良好的可逆性。在本论文研究中,我们将以PNIPAM为模板,对不同结构和形貌的贵金属纳米粒子进行组装,形成的复合物SERS基底的整个尺寸和金属纳米粒子间隙能够随温度变化而进行调控。从而实现对温敏性凝胶模板组装的SERS基底动“gap”研究。即在凝胶模板膨胀的状态下,将不同形貌的Au或者Ag纳米粒子组装到模板表面或者内部,此时贵金属纳米粒子间隙较大,形成的“热点”不明显,而此时将待测物分子与基底混合,分子能有效的进入到贵金属纳米粒子间隙或者周围;SERS检测时,提高温度,凝胶模板收缩,贵金属纳米粒子间隙大幅度减小,不仅使基底的“热点”瞬间增加,而且整个基底的“热点”均一性得到了提高,从而实现对待测分子的高灵敏度和高重现性SERS的检测。本论文工作包括以下几个部分: (1)理论分析温敏性的聚合物凝胶聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的自由基聚合过程及原理,为合成合适的凝胶模板提供理论依据和指导:包括温度的控制、交联剂的数量、引发剂的种类以及凝胶膨胀收缩的机理等;同时分析各种单体的Raman信号及复合物基底的SERS信号,为待测物的SERS检测提供对照,排除对后续物检测带来的可能干扰。 (2)利用阳离子引发剂得到表面带正电荷的凝胶纳米球为模板,将L-抗坏血酸还原的Ag纳米粒子组装到凝胶模板PNIPAM纳米球表面,得到PNIPAM/Ag复合物SERS基底。提高温度,复合物的最大收缩比为18%,Ag纳米粒子间隙由30.4nm缩小至5nm以下,这一过程使基底的均一性提高,“热点”数大幅度增加,探针分子结晶紫(CV)和罗丹明6G(R6G)的SERS信号均提高了3个数量级,与用离散偶极近似法(DDA)理论模拟结果相一致。结果显示,所得的复合物基底由于温敏性凝胶模板的收缩与膨胀,使得其表面组装的贵金属纳米粒子呈现了可逆的近场耦合现象,基底获得的待测分子的SERS信号强度也是调控的。 (3)利用相似相溶原理在贵金属Au纳米粒子表面形成PNIPAM凝胶层。以该Au纳米粒子为种子进行原位再生长,得到的较大尺寸Au颗粒对加入的银离子溶液有强的静电引力作用;再采用原位还原的方法,使得大量的Ag纳米粒子被修饰生长在凝胶多孔的网络中,从而得到了卫星式结构的Au@PNIPAM/Ag复合物SERS基底。该基底中凝胶模板由湿态收缩至干态,纳米粒子间隙减小,基底均一性提高,SERS“热点”增多。值得一提的是,单个的Au@PNIPAM/Ag复合物为近微米尺寸,可以实现拉曼光学显微镜直接可视化“找点”,使得信号的重现性提高,检测结果表明对4-ATP和杀螟硫磷的SERS检测的RSD值均小于15%。 (4)利用阴离子引发剂得到表面带负电荷的凝胶纳米球为模板,将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)稳定的带正电荷、不同长径比的Au纳米棒组装到凝胶模板PNIPAM纳米球表面,得到PNIPAM/Au复合物SERS基底。基于同样的原理,提高温度,凝胶模板收缩,复合物中对应的纳米棒的的紫外吸收峰发生红移。采用不同波长的激发光照射复合物基底,结果表明随着温度的调节(至大于LCST),所得的探针分子的SERS信号均增强,但是,用785nm波长激发光测得的探针分子SERS信号增强最大。说明温度的升高不仅使“热点”增多,也使基底的纳米棒的表面等离子体与入射光产生共振,从而实现最佳匹配。研究表明该基底在785nm入射光激发下,实现了对10-9M农药福美双的高灵敏检测。该基底有望用于便携式拉曼光谱仪(入射光波长大都为785nm)现场检测蔬菜水果中农药残留。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O657.37

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周文骏,蒯丽衡,沈鹤柏,杨海峰;Ag纳米微粒的组装和SERS效应[J];上海师范大学学报(自然科学版);2001年03期
2 许莉莉,方炎;温度对苯甲酸衍生物在银胶体系中的SERS的影响[J];光散射学报;2004年03期
3 周光明,盛蓉生,曾云鹗;表面增强喇曼光谱技术应用于生物体系的最新进展[J];分析测试学报;1996年06期
4 欧阳雨,方炎;单壁碳纳米管的SERS研究[J];光散射学报;2003年04期
5 施建成,王桂华,王欣,章宗穰;新鲜铁表面锈蚀过程的拉曼光谱研究[J];上海师范大学学报(自然科学版);2001年04期
6 李清玉;李世荣;司民真;张鹏翔;;负电性纳米银溶胶SERS活性及稳定性的比较研究[J];光谱学与光谱分析;2007年02期
7 戚积纬;;生物分子及其反应的表面增强拉曼光谱[J];青岛大学学报(工程技术版);1989年03期
8 薛奇,丁建夫,董坚,张明生;表面增强喇曼散射光谱研究金属铜在空气中的氧化及防护[J];应用化学;1991年04期
9 郑海菜,苟增光,崔明,李秀英,莫育俊;固-液系统中表面增强喇曼散射强度I_(SERS)对浓度c的依赖关系及水杨酸分子的吸附等温特性研究[J];物理学报;1992年06期
10 郑海荣,陈文学,雷洁,苟增光;氯离子对水杨酸表面增强喇曼散射的作用[J];陕西师范大学学报(自然科学版);1995年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 莫育俊;雷洁;李秀英;张鹏翔;;吸附于铜表面上分子的SERS及表面粗糙度对SERS的影响[A];全国第三届光散射学术会议论文摘要[C];1985年
2 凌德洪;冷永章;朱涵如;顾仁敖;;表面增强喇曼散射(SERS)光谱中影响增强效应因素的实验研究(Ⅱ)[A];全国第三届光散射学术会议论文摘要[C];1985年
3 周宁;刘涛;李东升;杨德仁;;密排银颗粒薄膜的制备及其SERS应用[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
4 阮伟东;毛竹;王春旭;纪南;李志士;薛向欣;赵冰;;适合大分子检测的多孔结构SERS基底的制备[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
5 沈姗姗;曲桂玉;王旭;赵冰;阮伟东;;双功能粒子载体SERS探针的制备[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
6 渠陆陆;李大伟;翟文磊;薛进群;龙亿涛;;基于腐殖酸还原银颗粒的多环芳烃SERS检测[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
7 刘红梅;翟天瑞;庞兆广;张新平;;基于溶液法制备技术的SERS基底研究与应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
8 郑晓姗;崔颜;沈炜;许丽佳;任斌;;高重现氨基酸SERS光谱的研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
9 郎秀峰;殷鹏刚;;吡嗪/金钯合金表面增强拉曼光谱(SERS)中化学效应的理论研究[A];中国化学会第28届学术年会第13分会场摘要集[C];2012年
10 逯乐慧;;基于表面增强拉曼光谱技术的纳米传感体系设计及应用[A];第六届海峡两岸分析化学会议摘要论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 佘峥 李静;SERS技术或可用于食品安全检测[N];中国食品报;2010年
2 记者吴仲国;日H2 A一箭双星发射成功[N];科技日报;2002年
3 叶锦明;政府加大投入 解决住房问题[N];中国建设报;2003年
4 钟人;纳米结构电极体系研究有新进展[N];中国化工报;2003年
5 记者 刘霞;增强拉曼散射传感器灵敏度提高10亿倍[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李然;SERS活性底物的制备及在分析检测中的应用[D];中国科学技术大学;2013年
2 成汉文;高灵敏SERS基底的制备及其在芽孢杆菌检测中的应用[D];湖南大学;2012年
3 来永超;面向环境有机污染物快速分析的表面增强拉曼光谱方法[D];山东大学;2013年
4 刘春宇;高灵敏SERS光纤传感器的制备及应用研究[D];吉林大学;2013年
5 史晓凤;应用表面增强拉曼光谱(SERS)分析探测水中多环芳烃(PAHs)的研究[D];中国海洋大学;2012年
6 吴义平;温敏性凝胶模板组装的SERS基底动“gap”研究[D];安徽大学;2014年
7 陈雷;可控SERS基底制备及其在蛋白质检测方面的应用[D];吉林大学;2011年
8 李菊梅;聚合物/纳米银复合微球的制备、SERS性能及其应用研究[D];复旦大学;2012年
9 杨有铭;一类致癌性偶氮染料的SERS研究[D];吉林大学;2012年
10 杨立滨;几种基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 成汉文;SERS基底的制备及其在氨基酸和生物标志物检测中的应用[D];湖南大学;2009年
2 陈媛媛;纸上SERS免疫分析技术研究[D];湖南大学;2012年
3 席刚琴;基于SERS技术的结肠癌与鼻咽癌免疫检测研究[D];福建师范大学;2012年
4 焦安丽;基于三链核酸探针的SERS传感体系设计[D];湖南大学;2012年
5 陈晋;基于毛细管的SERS活性基底研究[D];安徽大学;2013年
6 张锦;SERS检测食品中偶氮甲酰胺及部分色素的研究[D];江南大学;2013年
7 崔宇;利用SERS技术检测淀粉制品中乌洛托品的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 周莹;共振SERS基底设计与增强机理的研究[D];安徽大学;2014年
9 梁永峰;基于表面增强拉曼光谱技术的基底设计与测试[D];中北大学;2011年
10 冯小平;生物分子的SERS光谱定量分析与原子光谱的化学模式识别[D];上海师范大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026