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蘇州醫(yī)工所高靈敏增強(qiáng)拉曼傳感技術(shù)研究取得進(jìn)展

儀表研發(fā) 2022年04月28日 10:27:45來(lái)源:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所 20611
摘要近日,中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所研究員張志強(qiáng)與博士研究生孫姣姣,開(kāi)發(fā)出一種具有超高靈敏性的三維玫瑰花枝狀SERS基底(BigAuNP/Au/ZnO/P)。

  【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】 高靈敏微量氣體傳感在環(huán)境污染研究、人體揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)檢測(cè)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。迄今為止,已有多種分析技術(shù)用于氣體檢測(cè),但多存在成本高、操作復(fù)雜、分析過(guò)程耗時(shí)等缺點(diǎn)。表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)作為有力的痕量分子檢測(cè)工具,可利用基底的表面等離子體共振和電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)大幅增強(qiáng)目標(biāo)分子的拉曼散射信號(hào),具有高靈敏、簡(jiǎn)單、快捷、無(wú)損和特異指紋識(shí)別的特點(diǎn),在氣體傳感領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。
 
  近日,中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所研究員張志強(qiáng)與博士研究生孫姣姣,開(kāi)發(fā)出一種具有超高靈敏性的三維玫瑰花枝狀SERS基底(BigAuNP/Au/ZnO/P)。本研究中,科研人員以化學(xué)生長(zhǎng)與微納加工相結(jié)合的方式,在聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上制備了納米氧化鋅(ZnO)-金(Au)三維異質(zhì)結(jié)構(gòu),其增強(qiáng)原理在于相鄰納米棒表面的金納米顆粒(AuNPs)、同一納米棒表面的相鄰AuNPs、金層與AuNPs的結(jié)合點(diǎn)三處“熱點(diǎn)”區(qū)域共同提高了電磁增強(qiáng)效應(yīng),Au和ZnO之間的電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生高密度電荷,形成內(nèi)部電場(chǎng),激發(fā)了ZnO納米棒的化學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)。
 
  該SERS基底對(duì)對(duì)巰基苯甲酸(p-MBA)分子的檢測(cè)限為10-13 M,其增強(qiáng)因子高達(dá)2.27×107,并具有良好的均一性和可重復(fù)性(RSD < 4%)。此外,PVDF膜具有多孔特性,可采用過(guò)濾式檢測(cè)程序提高目標(biāo)分析物與SERS“熱點(diǎn)”的碰撞效率,有利于氣體分子的高效富集。
 
  科研人員以腐胺和尸胺兩種揮發(fā)性有機(jī)氣體為例,驗(yàn)證了該三維柔性SERS基底在氣體傳感中的檢測(cè)性能。通過(guò)在SERS基底上修飾p-MBA傳感單分子層,利用酰胺反應(yīng)選擇性地捕獲腐胺和尸胺,實(shí)現(xiàn)了低濃度氣體分子的高靈敏定量檢測(cè)(腐胺檢測(cè)限:1.26×10-9 M,尸胺檢測(cè)限:2.5×10-9 M),比同類(lèi)研究報(bào)道的檢出限高出2-3個(gè)數(shù)量級(jí),證明了該SERS傳感器在實(shí)際氣體傳感中的應(yīng)用潛力。
 
  鑒于該三維柔性SERS基底的多孔特性和優(yōu)異的增強(qiáng)性能,將其與微流體裝置和便攜式拉曼光譜儀集成,搭建SERS快速檢測(cè)系統(tǒng),有望實(shí)現(xiàn)氣溶膠中細(xì)菌、病毒和污染物的高效捕獲與富集,發(fā)揮該三維基底在氣溶膠的高靈敏檢測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
 
  相關(guān)研究成果以Ultrasensitive SERS analysis of liquid and gaseous putrescine and cadaverine by a 3D-rosettelike nanostructure-decorated flexible porous substrate為題,發(fā)表在Analytical Chemistry上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)產(chǎn)業(yè)前瞻項(xiàng)目、中科院科研儀器裝備研制項(xiàng)目等的支持。

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