基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性表面增强拉曼散射（SERS）衬底的制备及其超灵敏检测

摘要

该协议描述了一种用于表面增强拉曼散射的柔性基板的制造方法。该方法已成功用于检测低浓度的R6G和Thiram。

摘要

本文介绍了一种用于表面增强拉曼散射（SERS）的柔性衬底的制备方法。通过硝酸银（AgNO₃）和氨的络合反应合成了银纳米颗粒（AgNPs），然后使用葡萄糖还原。所得的AgNPs表现出均匀的尺寸分布，范围为20 nm至50 nm。随后，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对已用氧等离子体表面处理的PDMS衬底进行改性。该过程有助于AgNPs在基板上的自组装。通过系统评估各种实验条件对衬底性能的影响，开发出具有优异性能和增强因子（EF）的SERS衬底。利用这种底物，R6G（罗丹明6G）的检测限为10-10 M，Thiram的检测限为^10-8 M，令人印象深刻。该基质被成功用于检测苹果上的农药残留，结果非常令人满意。灵活的SERS基板在实际应用中显示出巨大的潜力，包括复杂场景中的检测。

引言

表面增强拉曼散射（SERS）作为拉曼散射的一种，具有灵敏度高、检测条件温和等优点，甚至可以实现单分子检测1,2,3,4。金属纳米结构，如金和银，通常用作SERS基板，以实现物质检测^5,6。纳米结构表面的电磁耦合增强在SERS应用中起着重要作用。具有不同尺寸、形状、粒子间距离和成分的金属纳米结构可以聚集起来产生许多“热点”，由于局部表面等离子体共振而产生强烈的电磁场 ^7,8。许多研究已经开发了具有不同形态的金属纳米颗粒作为SERS底物，证明了它们在实现SERS增强方面的有效性^9,10。

柔性SERS衬底具有广泛的应用，其纳米结构能够产生SERS效应沉积在柔性衬底上，便于在曲面上直接检测。柔性SERS底物用于检测和收集不规则、非平面或曲面上的分析物。常见的柔性SERS基材包括纤维....

研究方案

1. 纳米粒子的合成

1. 硝酸银溶液的制备
   1. 使用精密称量天平，测量 0.0017 g AR 级硝酸银（AgNO₃，参见 材料表），并将其加入 10 mL 去离子 （DI） 水中。搅拌混合物以产生 ^10-3 mol/L AgNO₃ 溶液。
2. 银-氨络合物的制备
   1. 取 1 mL AR 级氨水 （NH₃.H₂O，见 材料表）使用注射器，并在搅拌的同时逐滴加入硝酸银溶液中。当溶液变得透明时，停止逐滴添加。
3. 葡萄糖溶液的制备
   1. 使用精密称量天平，测量 0.36 g AR 级葡萄糖粉（参见 材料表），并将其加入 10 mL 去离子水中。彻底搅拌混合物以产生 0.2 M 葡萄糖溶液。
4. 银纳米粒子（AgNPs）的合成
   1. 使用移液枪以30分钟的间隔将30μL银氨复合物（在步骤1.2中制备）加入葡萄糖溶液（在步骤1.3中制备）。重复此过程 4-6 次，同时搅拌直到溶液变黄。

2. 柔性基板的制备<....

讨论

本研究引入了一种柔性SERS底物，通过化学改性将AgNPs与PDMS键合，并取得了优异的性能。在颗粒合成过程中，特别是在银氨络合物合成（步骤1.2）中，溶液的颜色起着至关重要的作用。滴加过多的氨水会对AgNPs的合成质量产生不利影响，可能导致检测结果不成功。合成过程中应注意底物改性（步骤2.2）;否则，AgNP可能无法与PDMS正确结合，从而导致检测性能下降。

在实际制备中?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ammonia (NH3.H2O, 25%)	Beijing Chemical Works
APTES (98%)	Beyotime	ST1087
BD-20AC Laboratory Chrona Treater	Electro-Technic Products Inc.	12051A
D-glucose	Beijing Chemical Works
Environmental Scanning electron microscope (ESEM)	FEI	QUANTA 250
Raman microscope	Horiba JY	LabRAM HR Evolution
Rhodamine 6G	Beijing Chemical Works
Silicone Elastomer Base and Silicone Elastomer Curing Agent	Dow Corning Corporation	SYLGARD 184
Silver nitrate	Beijing Chemical Works
Thiram (C6H12N2S2, 99.9%)	Beijing Chemical Works