La ricerca è sostenuta dalla National Natural Science Foundation of China (Grant n. 61974004 e 61931018), nonché dal National Key R&D Program of China (Grant n. 2021YFB3200100). Lo studio riconosce al Laboratorio di Microscopia Elettronica dell'Università di Pechino l'accesso ai microscopi elettronici. Inoltre, la ricerca si estende grazie a Ying Cui e alla Scuola di Scienze della Terra e dello Spazio dell'Università di Pechino per la loro assistenza nelle misurazioni Raman.

1. Sintesi di nanoparticelle
<ol><li>Preparazione della soluzione di nitrato d'argento<ol><li>Utilizzando una bilancia di precisione, misurare 0,0017 g di nitrato d'argento di grado AR (AgNO3, vedere la tabella dei materiali) e aggiungerlo a 10 mL di acqua deionizzata (DI). Mescolare la miscela per creare una soluzione di AgNO 3 10-3 mol/L.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparazione del complesso argento-ammoniaca<ol><li>Assumere 1 mL di acqua ammoniacale di grado AR (NH3. H2O, vedi Tabella dei materiali) utilizzando una siringa e aggiungerla goccia a goccia nella soluzione di nitrato d'argento mescolando. Interrompere l'aggiunta goccia a goccia quando la soluzione diventa limpida.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparazione della soluzione di glucosio<ol><li>Con una bilancia precisa, misurare 0,36 g di glucosio in polvere di grado AR (vedere la tabella dei materiali) e aggiungerlo a 10 mL di acqua deionizzata. Mescolare accuratamente la miscela per creare una soluzione di glucosio 0,2 M.</li>
	</ol></li>
	<li>Sintesi di nanoparticelle d'argento (AgNPs)<ol><li>Utilizzare una pistola per pipette per aggiungere 30 μL del complesso argento-ammoniaca (preparato nella fase 1.2) alla soluzione di glucosio (preparata nella fase 1.3) a intervalli di 30 minuti. Ripetere questo processo 4-6 volte mescolando fino a quando la soluzione non diventa gialla.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Preparazione di substrati flessibili
<ol><li>Preparazione del substrato PDMS<ol><li>Per sintetizzare il substrato PDMS, prelevare circa 5 g di soluzione PDMS A e aggiungere una soluzione B (da un kit disponibile in commercio, vedere Tabella dei materiali) in un rapporto di 1:10.</li>
		<li>Mescolare e miscelare accuratamente le soluzioni PDMS A e B.</li>
		<li>Trasferite il PDMS misto in una pirofila quadrata e poi cuocetelo in forno a 80 °C per 2 h.</li>
		<li>Dopo aver indurito attraverso il processo di cui sopra, utilizzare un bisturi per tagliare il PDMS lungo la griglia scura della piastra di Petri, creando piccoli cubi PDMS con dimensioni di circa 1 cm x 1 cm.</li>
	</ol></li>
	<li>Modifica della superficie<ol><li>Sottoporre i suddetti piccoli pezzi di PDMS al trattamento al plasma. Utilizzare un processore al plasma portatile (vedere la tabella dei materiali) e spostarlo avanti e indietro di circa 5-10 cm sopra la superficie del PDMS per eseguire il trattamento al plasma superficiale.</li>
		<li>Utilizzare il processore al plasma per modificare la superficie, inducendo la formazione di gruppi ossidrilici sulla superficie del PDMS, rendendola idrofila27.</li>
	</ol></li>
	<li>Modifica con APTES<ol><li>Preparare una soluzione di APTES al 10% (vedi Tabella dei materiali).</li>
		<li>Immergere il PDMS modificato in superficie ottenuto al punto 2.2 nella soluzione APTES e lasciarlo riposare per 10 ore. Ciò consente ad APTES di legarsi con i gruppi ossidrilici sulla superficie del PDMS.</li>
	</ol></li>
	<li>Autoassemblaggio di AgNP<ol><li>Immergere il substrato PDMS ottenuto nella fase 2.3 nella soluzione di AgNPs sintetizzata nella fase 1.4 per 10 ore. In questo modo le AgNP vengono autoassemblate sul substrato PDMS, creando il substrato di rilevamento SERS flessibile finale.</li>
	</ol></li>
</ol>

Fabbricazione di substrato flessibile per la rilevazione SERS di R6G e Thiram

<ol>
	<li>Zheng, F., Ke, W., Shi, L., Liu, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+Au-Ag+janus+nanoparticle+engineered+ratiometric+surface-enhanced+Raman+scattering+aptasensor+for+ochratoxin+A+detection.">Plasmonic Au-Ag janus nanoparticle engineered ratiometric surface-enhanced Raman scattering aptasensor for ochratoxin A detection.</a> Analytical Chemistry. 91 (18), 11812-11820 (2019).</li><li>Zhou, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size-tunable+gold+aerogels:+a+durable+and+misfocus-tolerant+3D+substrate+for+multiplex+SERS+detection.">Size-tunable gold aerogels: a durable and misfocus-tolerant 3D substrate for multiplex SERS detection.</a> Advanced Optical Materials. 9 (17), 2100352 (2021).</li><li>Fan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+oxide+and+shape-controlled+silver+nanoparticle+hybrids+for+ultrasensitive+single-particle+surface-enhanced+Raman+scattering+(SERS)+sensing.">Graphene oxide and shape-controlled silver nanoparticle hybrids for ultrasensitive single-particle surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing.</a> Nanoscale. 6 (9), 4843-4851 (2014).</li><li>Xu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-veiled+gold+substrate+for+surface-enhanced+Raman+spectroscopy.">Graphene-veiled gold substrate for surface-enhanced Raman spectroscopy.</a> Advanced Materials. 25 (6), 928-933 (2013).</li><li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-coated+Si+nanowires+as+substrates+for+surface-enhanced+Raman+scattering.">Graphene-coated Si nanowires as substrates for surface-enhanced Raman scattering.</a> Applied Surface Science. 541, 0169-4332 (2021).</li><li>Chin, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+sensitivity+enhancement+of+multi-shaped+silver-nanoparticle-decorated+hydrophilic+PVDF-based+SERS+substrates+using+solvating+pretreatment.">High sensitivity enhancement of multi-shaped silver-nanoparticle-decorated hydrophilic PVDF-based SERS substrates using solvating pretreatment.</a> Sensors and Actuators: B. Chemistry. 347, 130614 (2021).</li><li>Volpe, G., Noack, M., Acimovic, S. S., Reinhardt, C., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-field+mapping+of+plasmonic+antennas+by+multiphoton+absorption+in+poly(methyl+methacrylate).">Near-field mapping of plasmonic antennas by multiphoton absorption in poly(methyl methacrylate).</a> Nano Letters. 12 (9), 4864-4868 (2012).</li><li>Novikov, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractal+shaped+periodic+metal+nanostructures+atop+dielectric-metal+substrates+for+SERS+applications.">Fractal shaped periodic metal nanostructures atop dielectric-metal substrates for SERS applications.</a> ACS Photonics. 7 (7), 1708-1715 (2020).</li><li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=300+mm+wafer-level,+ultra-dense+arrays+of+Au-capped+nanopillars+with+sub-10+nm+gaps+as+reliable+SERS+substrates.">300 mm wafer-level, ultra-dense arrays of Au-capped nanopillars with sub-10 nm gaps as reliable SERS substrates.</a> Nanoscale. 6 (21), 12391-12396 (2014).</li><li>Mecker, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+melamine+detection+in+multiple+sample+matrices+with+a+portable+Raman+instrument+using+surface-enhanced+Raman+spectroscopy-active+gold+nanoparticles.">Selective melamine detection in multiple sample matrices with a portable Raman instrument using surface-enhanced Raman spectroscopy-active gold nanoparticles.</a> Analytica Chimica Acta. 733, 48-55 (2012).</li><li>Shao, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PLLA+nanofibrous+paper-based+plasmonic+substrate+with+tailored+hydrophilicity+for+focusing+SERS+detection.">PLLA nanofibrous paper-based plasmonic substrate with tailored hydrophilicity for focusing SERS detection.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7, 5391-5399 (2015).</li><li>Chen, Y. M., Ge, F. Y., Guang, S. Y., Cai, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+and+large-scale+flexible+SERS-cotton+fabric+as+a+wipe+substrate+for+surface+trace+analysis.">Low-cost and large-scale flexible SERS-cotton fabric as a wipe substrate for surface trace analysis.</a> Applied Surface Science. 436, 111-116 (2018).</li><li>Yang, L., Zhen, S. J., Li, Y. F., Huang, C. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+nanoparticles+deposited+on+graphene+oxide+for+ultrasensitive+surface-enhanced+Raman+scattering+immunoassay+of+cancer+biomarker.">Silver nanoparticles deposited on graphene oxide for ultrasensitive surface-enhanced Raman scattering immunoassay of cancer biomarker.</a> Nanoscale. 10, 11942-11947 (2018).</li><li>Creedon, N. C., Lovera, P., Furey, A., O'Riordan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+polymer-based+SERS+substrates+templated+by+a+soda+can.">Transparent polymer-based SERS substrates templated by a soda can.</a> Sensors and Actuators, B. 259, 64-74 (2018).</li><li>Shiohara, A., Langer, J., Polavarapu, L., Marzan, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+processed+polydimethylsiloxane/gold+nanostar+flexible+substrates+for+plasmonic+sensing.">Solution processed polydimethylsiloxane/gold nanostar flexible substrates for plasmonic sensing.</a> Nanoscale. 6, 9817-9823 (2014).</li><li>Guo, H. Y., Jiang, D., Li, H. B., Xu, S. P., Xu, W. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+efficient+construction+of+silver+nanosphere+dimers+on+poly+(dimethylsiloxane)+sheets+for+surface-enhanced+Raman+scattering.">Highly efficient construction of silver nanosphere dimers on poly (dimethylsiloxane) sheets for surface-enhanced Raman scattering.</a> Journal of Physical Chemistry C. 117, 564-570 (2013).</li><li>Park, S., Lee, J., Ku, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+and+flexible+surface-enhanced+Raman+scattering+(SERS)+sensors+based+on+gold+nanostar+arrays+embedded+in+silicon+rubber+film.">Transparent and flexible surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensors based on gold nanostar arrays embedded in silicon rubber film.</a> ACS Applied Materials Interfaces. 9, 44088-44095 (2017).</li><li>Li, L. M., Chin, W. 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L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+detection+using+two-dimensional+shell-isolated+nanoparticle+film.">Quantitative detection using two-dimensional shell-isolated nanoparticle film.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 48, 919-924 (2017).</li><li>Fortuni, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+synthesis+of+Au-shelled+Ag+nanoparticles+on+PDMS+for+flexible,+long-life,+and+broad+spectrum-sensitive+SERS+substrates.">In situ synthesis of Au-shelled Ag nanoparticles on PDMS for flexible, long-life, and broad spectrum-sensitive SERS substrates.</a> Chemical Communications. 53 (82), 11298-11301 (2017).</li><li>Wu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+oxide+scroll+meshes+prepared+by+molecular+combing+for+transparent+and+flexible+electrodes.">Graphene oxide scroll meshes prepared by molecular combing for transparent and flexible electrodes.</a> Advanced Materials Technologies. 2 (2), 1600231 (2017).</li><li>Li, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+nanowire-templated+molecular+nanopatterning+and+nanoparticle+assembly+for+surface-enhanced+Raman+scattering.">Silver nanowire-templated molecular nanopatterning and nanoparticle assembly for surface-enhanced Raman scattering.</a> Chemistry-A European Journal. 25 (45), 10561-10565 (2019).</li><li>Zhan, H. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pesticide+exposure,+safety+issues,+and+risk+assessment+indicators.">Pesticide exposure, safety issues, and risk assessment indicators.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 8 (5), 1402-1419 (2011).</li><li>Zannotti, M., Rossi, A., Giovannetti, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERS+activity+of+silver+nanosphere,+triangular+nanoplates,+hexagonal+nanoplates+and+quasi-spherical+nanoparticles:+effect+of+shape+and+morphology.">SERS activity of silver nanosphere, triangular nanoplates, hexagonal nanoplates and quasi-spherical nanoparticles: effect of shape and morphology.</a> Coatings. 10, 288 (2020).</li><li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+fabrication+of+ultrasensitive+and+uniform+surface-enhanced+Raman+scattering+substrates+for+the+trace+detection+of+pesticides.">Large-scale fabrication of ultrasensitive and uniform surface-enhanced Raman scattering substrates for the trace detection of pesticides.</a> Nanomaterials. 8 (7), 520 (2018).</li><li>Lu, H., Zhu, L., Zhang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixing+assisted+&amp;#34;hot+spots&amp;#34;+occupying+SERS+strategy+for+highly+sensitive+in+situ+study.">Mixing assisted &amp;#34;hot spots&amp;#34; occupying SERS strategy for highly sensitive in situ study.</a> Analytical Chemistry. 90 (7), 4535-4543 (2018).</li><li>Mao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+surface-enhanced+Raman+scattering+sensors+based+on+nanopillar+forests+realized+by+an+oxygen-plasma-stripping-of-photoresist+technique.">Microfluidic surface-enhanced Raman scattering sensors based on nanopillar forests realized by an oxygen-plasma-stripping-of-photoresist technique.</a> Small. 10 (1), 127-134 (2014).</li><li>Zhang, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+and+sharp+triangular+silver+nanoplates+synthesized+utilizing+tiny+triangular+nuclei+and+their+excellent+SERS+activity+for+selective+detection+of+Thiram+residue+in+soil.">Small and sharp triangular silver nanoplates synthesized utilizing tiny triangular nuclei and their excellent SERS activity for selective detection of Thiram residue in soil.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 9, 17387-17398 (2017).</li><li>Zhu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+dithiocarbamate+pesticides+with+a+spongelike+surface-enhanced+raman+scattering+substrate+made+of+reduced+graphene+oxide-wrapped+silver+nanocubes.">Detection of dithiocarbamate pesticides with a spongelike surface-enhanced raman scattering substrate made of reduced graphene oxide-wrapped silver nanocubes.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 9, 39618-39625 (2017).</li><li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+and+label-free+determination+of+thiram+residue+using+surface-enhanced+Raman+spectroscopy+(SERS)+coupled+with+paper-based+microfluidics.">Highly sensitive and label-free determination of thiram residue using surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) coupled with paper-based microfluidics.</a> Analytical Methods. 9, 6186-6193 (2017).</li><li>Yu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold-nanorod-coated+capillaries+for+the+SERS-based+detection+of+Thiram.">Gold-nanorod-coated capillaries for the SERS-based detection of Thiram.</a> ACS Applied Nano Materials. 2 (1), 598-606 (2019).</li><li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+and+non-invasive+surface-enhanced+Raman+spectroscopy+(SERS)+detection+of+chlorpyrifos+in+fruits+using+disposable+paper-based+substrates+charged+with+gold+nanoparticle/halloysite+nanotube+composites.">Rapid and non-invasive surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) detection of chlorpyrifos in fruits using disposable paper-based substrates charged with gold nanoparticle/halloysite nanotube composites.</a> Mikrochim Acta. 189, 189-197 (2022).</li><li>Lee, C. H., Tian, L., Singamaneni, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paper-based+SERS+swab+for+rapid+trace+detection+on+real-world+surfaces.">Paper-based SERS swab for rapid trace detection on real-world surfaces.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 2, 3429-3435 (2010).</li><li>Cheng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+preconcentration+and+direct+quantification+in+biofluids+using+3D-printed+paper+cartridge.">Drug preconcentration and direct quantification in biofluids using 3D-printed paper cartridge.</a> Biosensors and Bioelectronics. 189, 113266-113277 (2021).</li></ol>

Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.

In questo studio, è stato introdotto un substrato SERS flessibile, che ha legato le AgNP al PDMS attraverso la modifica chimica e ha ottenuto prestazioni eccellenti. Durante la sintesi delle particelle, in particolare nella sintesi del complesso dell'ammoniaca d'argento (fase 1.2), il colore della soluzione gioca un ruolo cruciale. L'aggiunta di troppa acqua ammoniacale goccia a goccia può influire negativamente sulla qualità della sintesi delle AgNP, portando potenzialmente a risultati di rilevamento non riusciti. Pr...

Il Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS), come tipo di scattering Raman, offre i vantaggi di un'elevata sensibilità e di condizioni di rilevamento delicate e può persino ottenere il rilevamento di una singola molecola 1,2,3,4. Le nanostrutture metalliche, come l'oro e l'argento, sono tipicamente utilizzate come substrati SERS per consentire il rilevamento di sostanze 5,6. Il miglioramento dell'accoppiamento elettromagnetico su superfici nanostrutturate svolge un ruolo significativo nelle applicazioni SERS. Le nanostrutture metalliche con dimensioni, forme, distanze interparticellari e composizioni variabili possono aggregarsi per creare numerosi "hotspot" che generano intensi campi elettromagnetici a causa di risonanze plasmoniche superficiali localizzate 7,8. Molti studi hanno sviluppato nanoparticelle metalliche con diverse morfologie come substrati SERS, dimostrando la loro efficacia nel raggiungimento del potenziamento SERS 9,10.
I substrati flessibili di SERS trovano ampie applicazioni, con nanostrutture in grado di produrre effetti SERS depositati su substrati flessibili per facilitare il rilevamento diretto su superfici curve. I substrati flessibili SERS sono impiegati per la rilevazione e la raccolta di analiti su superfici irregolari, non planari o curve. I substrati SERS flessibili comuni includono fibre, film polimerici e film di ossido di grafene11,12,13,14. Tra questi, il polidimetilsilossano (PDMS) è uno dei materiali polimerici più utilizzati e offre vantaggi come elevata trasparenza, elevata resistenza alla trazione, stabilità chimica, non tossicità e adesione15,16,17. Il PDMS ha una bassa sezione d'urto Raman, rendendo trascurabile il suo impatto sul segnale Raman18. Poiché il prepolimero PDMS è in forma liquida, può essere polimerizzato con il calore o la luce, fornendo un elevato grado di controllabilità e praticità. I substrati SERS basati su PDMS sono substrati SERS flessibili relativamente comuni, essendo stati utilizzati in studi precedenti per incorporare varie nanoparticelle metalliche per la rilevazione di diverse sostanze biochimiche con prestazioni esemplari19,20.
Nella preparazione dei substrati SERS, la fabbricazione di strutture nanogap è cruciale. La tecnologia di deposizione fisica offre vantaggi come un'elevata scalabilità, uniformità e riproducibilità, ma in genere richiede buone condizioni di vuoto e attrezzature specializzate, limitandone le applicazioni pratiche21. Inoltre, la fabbricazione di nanostrutture su scala di pochi nanometri rimane impegnativa con le tecniche di deposizione convenzionali22. Di conseguenza, le nanoparticelle sintetizzate attraverso metodi chimici possono essere adsorbite su film trasparenti flessibili attraverso varie interazioni, facilitando l'autoassemblaggio di strutture metalliche su scala nanometrica. Per garantire il successo dell'adsorbimento, le interazioni possono essere regolate modificando fisicamente o chimicamente la superficie del film per alterarne l'idrofilia superficiale23. Le nanoparticelle d'argento, rispetto alle nanoparticelle d'oro, mostrano migliori prestazioni SERS, ma la loro instabilità, in particolare la loro suscettibilità all'ossidazione nell'aria, si traduce in una rapida diminuzione del fattore di potenziamento SERS (EF), influenzando le prestazioni del substrato24. Quindi, è essenziale sviluppare un metodo a particelle stabili.
La presenza di residui di pesticidi ha attirato un'attenzione significativa, creando una pressante necessità di metodi robusti in grado di rilevare e identificare rapidamente varie classi di sostanze chimiche pericolose negli alimentisul campo 25,26. I substrati flessibili SERS offrono vantaggi unici nelle applicazioni pratiche, in particolare nel campo della sicurezza alimentare. Questo articolo presenta un metodo per preparare un substrato SERS flessibile legando nanoparticelle d'argento rivestite di glucosio (AgNP) sintetizzate su un substrato PDMS (Figura 1). La presenza di glucosio protegge le AgNP, mitigando l'ossidazione dell'argento nell'aria. Il substrato dimostra eccellenti prestazioni di rilevamento, in grado di rilevare la Rhodamine 6G (R6G) fino a 10-10 M e il pesticida Thiram fino a 10-8 M, con una buona uniformità. Inoltre, il substrato flessibile può essere impiegato per il rilevamento tramite incollaggio e campionamento, con numerosi potenziali scenari applicativi.

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

fabrication of polydimethylsiloxane (pdms)-based flexible surface-enhanced raman scattering (sers) substrate for ultrasensitive detection

Questo articolo presenta un metodo di fabbricazione per un substrato flessibile progettato per lo scattering Raman potenziato dalla superficie (SERS). Le nanoparticelle d'argento (AgNP) sono state sintetizzate attraverso una reazione di complessazione che coinvolge nitrato d'argento (AgNO3) e ammoniaca, seguita da una riduzione mediante glucosio. Le AgNP risultanti hanno mostrato una distribuzione dimensionale uniforme compresa tra 20 nm e 50 nm. Successivamente, il 3-amminopropiltrietossisilano (APTES) è stato impiegato per modificare un substrato PDMS che era stato trattato in superficie con plasma di ossigeno. Questo processo ha facilitato l'auto-assemblaggio delle AgNP sul substrato. Una valutazione sistematica dell'impatto di varie condizioni sperimentali sulle prestazioni del substrato ha portato allo sviluppo di un substrato SERS con prestazioni eccellenti e un fattore avanzato (EF). Utilizzando questo substrato, sono stati raggiunti impressionanti limiti di rilevamento di 10-10 M per R6G (Rhodamine 6G) e 10-8 M per Thiram. Il substrato è stato impiegato con successo per rilevare residui di pesticidi sulle mele, ottenendo risultati molto soddisfacenti. Il substrato flessibile SERS dimostra un grande potenziale per le applicazioni del mondo reale, incluso il rilevamento in scenari complessi.

Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS), as a type of Raman scattering, offers the advantages of high sensitivity and gentle detection conditions, and can even achieve single molecule detection1,2,3,4. Metal nanostructures, such as gold and silver, are typically used as SERS substrates to enable substance detection5,6. Electromagnetic coupling enhancement on nanostructured surfaces plays a significant role in SERS applications. Metallic nanostructures with varying sizes, shapes, interparticle distances, and compositions can aggregate to create numerous &#34;hotspots&#34; generating intense electromagnetic fields due to localized surface plasmon resonances7,8. Many studies have developed metal nanoparticles with different morphologies as SERS substrates, demonstrating their effectiveness in achieving SERS enhancement9,10.
Flexible SERS substrates find wide applications, with nanostructures capable of producing SERS effects deposited on flexible substrates to facilitate direct detection on curved surfaces. Flexible SERS substrates are employed for detecting and collecting analytes on irregular, non-planar, or curved surfaces. Common flexible SERS substrates include fibers, polymer films, and graphene oxide films11,12,13,14. Among them, polydimethylsiloxane (PDMS) is one of the most widely used polymer materials and offers advantages such as high transparency, high tensile strength, chemical stability, non-toxicity, and adhesion15,16,17. PDMS has a low Raman cross-section, making its impact on the Raman signal negligible18. Since the PDMS prepolymer is in liquid form, it can be cured by heat or light, providing a high degree of controllability and convenience. PDMS-based SERS substrates are relatively common flexible SERS substrates, having been used in previous studies to embed various metal nanoparticles for detecting different biochemical substances with exemplary performance19,20.
In the preparation of SERS substrates, the fabrication of nanogap structures is crucial. Physical deposition technology offers advantages like high scalability, uniformity, and reproducibility but typically requires good vacuum conditions and specialized equipment, limiting its practical applications21. Additionally, fabricating nanostructures at the few-nanometer scale remains challenging with conventional deposition techniques22. Consequently, nanoparticles synthesized through chemical methods can be adsorbed onto flexible transparent films through various interactions, facilitating the self-assembly of metallic structures at the nanoscale. To ensure successful adsorption, interactions can be adjusted by physically or chemically modifying the film surface to alter its surface hydrophilicity23. Silver nanoparticles, compared to gold nanoparticles, exhibit better SERS performance, but their instability, particularly their susceptibility to oxidation in air, results in a rapid decrease in the SERS Enhancement Factor (EF), affecting substrate performance24. Hence, it is essential to develop a stable particle method.
The presence of pesticide residues has garnered significant attention, creating a pressing need for robust methods capable of rapidly detecting and identifying various classes of hazardous chemicals in food in the field25,26. Flexible SERS substrates offer unique advantages in practical applications, particularly in the realm of food safety. This article introduces a method for preparing a flexible SERS substrate by bonding synthesized glucose-coated silver nanoparticles (AgNPs) onto a PDMS substrate (Figure 1). The presence of glucose protects the AgNPs, mitigating silver oxidation in the air. The substrate demonstrates excellent detection performance, capable of detecting Rhodamine 6G (R6G) as low as 10-10 M and pesticide Thiram as low as 10-8 M, with good uniformity. Moreover, the flexible substrate can be employed for detection through bonding and sampling, with numerous potential application scenarios.

Autore in primo piano: Sviluppo e applicazione di substrati flessibili SERS utilizzando AgNP sintetizzati 

Fabbricazione di substrato SERS (Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering) a base di polidimetilsilossano (PDMS) per la rilevazione ultrasensibile

This protocol describes preparing SERS flexible substrates, applying them to actual detection scenarios. The SERS flexible substrate offered by this protocol is environmental friendly and achieves good detection performance. The silver nanoparticles can be synthesized easily by simple vessels, and do not require complicated experimental conditions and environment.In our laboratory, we plan to focus on researching the silver nanoparticles synthesized through the vessel used in this study. We'll explore methods to enhance their SERS detection capabilities, and leverage their unique properties and characteristics to design better performing SERS detection substrates.

In questo studio, è stato sviluppato un substrato SERS flessibile composto da AgNP sintetiche avvolte nel glucosio e autoassemblate su PDMS utilizzando APTES, ottenendo eccellenti prestazioni di rilevamento per applicazioni pratiche di rilevamento di pesticidi. I limiti di rilevamento per R6G e Thiram sono stati entrambi raggiunti rispettivamente a 10-10 M e 10-8 M, con un fattore di miglioramento (EF) di 1 x 10 5. Inoltre, il substrato ha dimostrato uniformità.
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Questo protocollo descrive un metodo di fabbricazione per un substrato flessibile per lo scattering Raman potenziato dalla superficie. Questo metodo è stato utilizzato per rilevare con successo basse concentrazioni di R6G e Thiram.

This article presents a fabrication method for a flexible substrate designed for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Silver nanoparticles (AgNPs) ...

Questo protocollo descrive la preparazione dei substrati flessibili SERS, applicandoli a scenari di rilevamento reali. Il substrato flessibile SERS offerto da questo protocollo è rispettoso dell'ambiente e raggiunge buone prestazioni di rilevamento. Le nanoparticelle d'argento possono essere sintetizzate facilmente da semplici recipienti e non richiedono complicate condizioni sperimentali e ambientali.Nel nostro laboratorio, abbiamo in programma di concentrarci sulla ricerca delle nanoparticelle d'argento sintetizzate attraverso il recipiente utilizzato in questo studio. Esploreremo i metodi per migliorare le loro capacità di rilevamento SERS e sfrutteremo le loro proprietà e caratteristiche uniche per progettare substrati di rilevamento SERS più performanti.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of polydimethylsiloxane (PDMS)-Based Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrate for Ultrasensitive Detection

1.4K Views.  Peking University. Questo protocollo descrive la preparazione dei substrati flessibili SERS, applicandoli a scenari di rilevamento reali. Il substrato flessibile SERS offerto da questo protocollo è rispettoso dell'ambiente e raggiunge buone prestazioni di rilevamento. Le nanoparticelle d'argento possono essere sintetizzate facilmente da semplici recipienti e non richiedono complicate condizioni sperimentali e ambientali.Nel nostro laboratorio, abbiamo in programma di concentrarci sulla ricerca delle nan...