Name: מחבר זרקור: פיתוח ויישום של מצעים גמישים SERS באמצעות AgNPs מסונתזים
Uploaded: 2023-11-17T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development and Application of SERS Flexible Substrates Using Synthesized AgNPs at JoVE.com

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס '61974004 ו -61931018), כמו גם תוכנית המו"פ הלאומית של סין (מענק מס '2021YFB3200100). המחקר מודה למעבדה למיקרוסקופיית אלקטרונים באוניברסיטת פקין על מתן גישה למיקרוסקופ אלקטרונים. בנוסף, המחקר מודה ליינג קוי ולבית הספר למדעי כדור הארץ והחלל באוניברסיטת פקין על עזרתם במדידות ראמאן.

1. סינתזה של ננו-חלקיקים
<ol><li>הכנת תמיסת כסף חנקתי<ol><li>באמצעות איזון שקילה מדויק, מדדו 0.0017 גרם של חנקת כסף ברמת AR (AgNO3, ראו טבלת חומרים) והוסיפו אותו ל-10 מ"ל מים שעברו דה-יוניזציה (DI). ערבבו את התערובת ליצירת תמיסת AgNO 3 של 10-3 mol/L.</li>
	</ol></li>
	<li>הכנת קומפלקס כסף-אמ...

ייצור מצע גמיש לזיהוי SERS של R6G ו-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. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+fabrication+of+a+flexible+and+transparent+Ag+nanocubes@+PDMS+film+as+a+SERS+substrate+with+high+performance.">Rapid fabrication of a flexible and transparent Ag nanocubes@ PDMS film as a SERS substrate with high performance.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (33), 37538-37548 (2020).</li><li>Yang, J. 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. R., 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=Transfer+printing+for+preparing+nanostructured+PDMS+film+as+flexible+SERS+active+substrate.">Transfer printing for preparing nanostructured PDMS film as flexible SERS active substrate.</a> Composites Part B: Engineering. 84, 222-227 (2016).</li><li>West, P., 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=Searching+for+better+plasmonic+materials.">Searching for better plasmonic materials.</a> Laser &amp; Photonics Reviews. 4, 795-808 (2010).</li><li>Anastassiades, M., Lehotay, S. J., &#352;tajnbaher, d., Schenck, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+and+easy+multiresidue+method+employing+acetonitrile+extraction/partitioning+and+&amp;#34;dispersive+solid-phase+extraction&amp;#34;+for+the+determination+of+pesticide+residues+in+produce.">Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extraction/partitioning and &amp;#34;dispersive solid-phase extraction&amp;#34; for the determination of pesticide residues in produce.</a> Journal of AOAC International. 86 (2), 412-431 (2003).</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=A+green+chemistry+synthesis+of+Ag+nanoparticles+and+their+concentrated+distribution+on+PDMS+elastomer+film+for+more+sensitive+SERS+detection.">A green chemistry synthesis of Ag nanoparticles and their concentrated distribution on PDMS elastomer film for more sensitive SERS detection.</a> , (2017).</li><li>Damalas, C. A., Eleftherohorinos, I. 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>

במחקר זה הוצג מצע SERS גמיש, אשר חיבר AgNPs ל- PDMS באמצעות שינוי כימי והשיג ביצועים מצוינים. במהלך סינתזת חלקיקים, במיוחד בסינתזה של קומפלקס אמוניה כסופה (שלב 1.2), צבע התמיסה משחק תפקיד מכריע. הוספת כמות גדולה מדי של מי אמוניה עלולה להשפיע לרעה על איכות הסינתזה של AgNPs, מה שעלול להוביל לתוצאות גילוי ?...

פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS), כסוג של פיזור ראמאן, מציע את היתרונות של רגישות גבוהה ותנאי גילוי עדינים, ואף יכול להשיג זיהוי מולקולה בודדת 1,2,3,4. ננו-מבנים מתכתיים, כגון זהב וכסף, משמשים בדרך כלל כמצעי SERS כדי לאפשר זיהוי חומרים 5,6. שיפור צימוד אלקטרומגנטי על משטחים ננו-מבניים ממלא תפקיד משמעותי ביישומי SERS. ננו-מבנים מתכתיים עם גדלים, צורות, מרחקים וקומפוזיציות בין-חלקיקיים שונים יכולים להצטבר וליצור "נקודות חמות" רבות המייצרות שדות אלקטרומגנטיים אינטנסיביים עקב תהודה פלסמונית מקומית של פני השטח 7,8. מחקרים רבים פיתחו ננו-חלקיקי מתכת בעלי מורפולוגיות שונות כמצעי SERS, והראו את יעילותם בהשגת שיפור SERS 9,10.
מצעי SERS גמישים מוצאים יישומים רחבים, עם ננו-מבנים המסוגלים לייצר אפקטים של SERS המופקדים על מצעים גמישים כדי להקל על זיהוי ישיר על משטחים מעוקלים. מצעי SERS גמישים משמשים לגילוי ואיסוף אנליטים על משטחים לא סדירים, לא מישוריים או מעוקלים. מצעי SERS גמישים נפוצים כוללים סיבים, יריעות פולימר ויריעות תחמוצת גרפן11,12,13,14. ביניהם, polydimethylsiloxane (PDMS) הוא אחד החומרים הפולימריים הנפוצים ביותר ומציע יתרונות כגון שקיפות גבוהה, חוזק מתיחה גבוה, יציבות כימית, אי רעילות, הידבקות15,16,17. ל-PDMS חתך ראמאן נמוך, מה שהופך את השפעתו על אות הרמאןלזניחה-18. מאז פרפולימר PDMS הוא בצורה נוזלית, זה יכול להירפא על ידי חום או אור, מתן רמה גבוהה של שליטה ונוחות. מצעי SERS מבוססי PDMS הם מצעי SERS גמישים נפוצים יחסית, לאחר ששימשו במחקרים קודמים להטמעת ננו-חלקיקי מתכת שונים לגילוי חומרים ביוכימיים שונים עם ביצועים מופתיים19,20.
בהכנת מצעי SERS, הייצור של מבני ננו-פער הוא קריטי. טכנולוגיית שיקוע פיזי מציעה יתרונות כמו מדרגיות גבוהה, אחידות ויכולת שחזור, אך בדרך כלל דורשת תנאי ואקום טובים וציוד מיוחד, המגבילים את היישומים המעשיים שלה21. בנוסף, ייצור ננו-מבנים בקנה מידה ננומטרי מעטים נותר מאתגר עם טכניקות שיקוע קונבנציונליות22. כתוצאה מכך, ננו-חלקיקים המסונתזים בשיטות כימיות יכולים להיספח על גבי שכבות שקופות גמישות באמצעות אינטראקציות שונות, מה שמקל על הרכבה עצמית של מבנים מתכתיים בקנה מידה ננומטרי. כדי להבטיח ספיחה מוצלחת, ניתן להתאים אינטראקציות על ידי שינוי פיזי או כימי של משטח הסרט כדי לשנות את הידרופיליות פני השטח שלו23. ננו-חלקיקי כסף, בהשוואה לננו-חלקיקי זהב, מציגים ביצועי SERS טובים יותר, אך חוסר היציבות שלהם, במיוחד רגישותם לחמצון באוויר, גורם לירידה מהירה במקדם שיפור SERS (EF), המשפיע על ביצועי המצע24. לפיכך, חיוני לפתח שיטת חלקיקים יציבה.
נוכחותן של שאריות חומרי הדברה זכתה לתשומת לב רבה, ויצרה צורך דחוף בשיטות איתנות המסוגלות לאתר ולזהות במהירות סוגים שונים של כימיקלים מסוכנים במזון בשטח25,26. מצעי SERS גמישים מציעים יתרונות ייחודיים ביישומים מעשיים, במיוחד בתחום בטיחות המזון. מאמר זה מציג שיטה להכנת מצע SERS גמיש על-ידי חיבור ננו-חלקיקי כסף מסונתזים מצופים גלוקוז (AgNPs) על מצע PDMS (איור 1). נוכחות של גלוקוז מגן על AgNPs, הפחתת חמצון כסף באוויר. המצע מדגים ביצועי גילוי מעולים, מסוגל לזהות רודמין 6G (R6G) נמוך כמו 10-10 M וחומר הדברה Thiram נמוך כמו 10-8 M, עם אחידות טובה. יתר על כן, ניתן להשתמש במצע הגמיש לגילוי באמצעות הדבקה ודגימה, עם תרחישי יישום פוטנציאליים רבים.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<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

מאמר זה מציג שיטת ייצור עבור מצע גמיש המיועד לפיזור ראמאן משופר על פני השטח (SERS). ננו-חלקיקי כסף (AgNPs) סונתזו באמצעות תגובת מורכבות המערבת חנקת כסף (AgNO3) ואמוניה, ולאחר מכן הפחתה באמצעות גלוקוז. ה-AgNPs שהתקבלו הציגו התפלגות גודל אחידה שנעה בין 20 ננומטר ל-50 ננומטר. לאחר מכן, 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) שימש כדי לשנות מצע PDMS שטופל על פני השטח עם פלזמה חמצן. תהליך זה הקל על הרכבה עצמית של AgNPs על המצע. הערכה שיטתית של ההשפעה של תנאי ניסוי שונים על ביצועי המצע הובילה לפיתוח מצע SERS עם ביצועים מצוינים וגורם משופר (EF). באמצעות מצע זה הושגו מגבלות גילוי מרשימות של 10-10 M עבור R6G (Rhodamine 6G) ו-10-8 M עבור Thiram. המצע שימש בהצלחה לאיתור שאריות חומרי הדברה על תפוחים, והניב תוצאות משביעות רצון ביותר. מצע SERS הגמיש מדגים פוטנציאל גדול ליישומים בעולם האמיתי, כולל זיהוי בתרחישים מורכבים.

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.

מחבר זרקור: פיתוח ויישום של מצעים גמישים SERS באמצעות AgNPs מסונתזים 

ייצור מצע פיזור ראמאן גמיש (SERS) מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לזיהוי רגיש במיוחד

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.

במחקר זה פותח מצע SERS גמיש המורכב מ-AgNPs סינתטיים עטופים בגלוקוז ומורכבים בעצמם על PDMS באמצעות APTES, ומשיגים ביצועי זיהוי מצוינים עבור יישומי זיהוי חומרי הדברה מעשיים. גבולות הזיהוי של R6G ו-Thiram הושגו שניהם ב-10-10 M וב-10-8 M, בהתאמה, עם מקדם שיפור (EF) של 1 x 10 5. יתר על כן, המצע הפגין אחיד?...

Watch this Scientific Journal Video about Development and Application of SERS Flexible Substrates Using Synthesized AgNPs at JoVE.com

פרוטוקול זה מתאר שיטת ייצור למצע גמיש לפיזור ראמאן משופר על פני השטח. שיטה זו שימשה לאיתור מוצלח של ריכוזים נמוכים של R6G ו Thiram.

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

פרוטוקול זה מתאר הכנת מצעים גמישים של SERS, החלתם על תרחישי זיהוי בפועל. המצע הגמיש SERS המוצע על ידי פרוטוקול זה הוא ידידותי לסביבה ומשיג ביצועי זיהוי טובים. ננו-חלקיקי הכסף יכולים להיות מסונתזים בקלות על ידי כלים פשוטים, ואינם דורשים תנאי ניסוי מסובכים וסביבה.במעבדה שלנו, אנו מתכננים להתמקד בחקר חלקיקי הכסף המסונתזים באמצעות הכלי המשמש במחקר זה. נחקור שיטות לשיפור יכולות זיהוי ה- SERS שלהם, ונמנף את התכונות והמאפיינים הייחודיים שלהם כדי לתכנן מצעי זיהוי SERS בעלי ביצועים טובים יותר.

fabrication-polydimethylsiloxane-pdms-based-flexible-surface-enhanced

Research

JoVE Journal

Engineering

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

This article presents a fabrication method for a flexible substrate designed for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Silver nanoparticles (AgNPs) were synthesized through a complexation reaction involving silver nitrate (AgNO3) and ammonia, followed by reduction using glucose. The resulting AgNPs exhibited a uniform size distribution ranging from 20 nm to 50 nm. Subsequently, 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) was employed to modify a PDMS substrate that had been surface-treated with oxygen plasma. This process facilitated the self-assembly of AgNPs onto the substrate. A systematic evaluation of the impact of various experimental conditions on substrate performance led to the development of a SERS substrate with excellent performance and an Enhanced Factor (EF). Utilizing this substrate, impressive detection limits of 10-10 M for R6G (Rhodamine 6G) and 10-8 M for Thiram were achieved. The substrate was successfully employed for detecting pesticide residues on apples, yielding highly satisfactory results. The flexible SERS substrate demonstrates great potential for real-world applications, including detection in complex scenarios.

This protocol describes a fabrication method for a flexible substrate for surface-enhanced Raman scattering. This method has been used in the successful detection of low concentrations of R6G and Thiram.

Synthesis of Silver Nanoparticles and Preparation of Flexible SERS Detection Substrate

To prepare silver nitrate solution, measure 0.0017 grams of AR grade silver nitrate on a weighing balance. Add the weighed powder to 10 milliliters of deionized water and stir the mixture. Draw one milliliter of AR grade ammonia water using a syringe and add it to the silver nitrate solution while stirring, until the solution becomes clear.To prepare 0.2 molar glucose solution, weigh 0.36 grams of glucose powder and add it to 10 milliliters of deionized water. Stir the mixture thoroughly. Next, using a pipette gun, add 30 microliters of the silver ammonia complex into the glucose solution at 30 minute intervals.To synthesize yellow colored silver nanoparticles. To synthesize the PDMS substrate, take five grams of PDMS A solution and add B solution into it, at a ratio of one to 10. Stir the mixture thoroughly.Transfer the mixed PDMS into a square Petri dish and bake it in an 80 degree Celsius oven for two hours. Once cured, use a scalpel to cut the PDMS along the dark grid of the dish, creating small cubes. Next, move the handheld plasma processor back and forth over the PDMS piece for surface plasma treatment.For APTES modification, immerse the surface modified PDMS pieces into 10%APTES solution for 10 hours. Finally, immerse the PDMS substrate into the silver nanoparticle solution for 10 hours. ESEM images showed uniformity in synthesized nanoparticles with diameters between 20 and 50 nanometers.The Surface-Enhanced Raman Scattering signals for fabricated PDMS substrates displayed excellent detection capability, reaching a limit of 10 to the negative 10th molar for R6G with notable enhancement effect. The substrate also showed Thiram detection with clear characteristic peaks, up to 10 to the minus eighth molar. The paste and peel method on the apple surface show the detection of Thiram up to 10 to the minus seventh molar, indicating the effectiveness of the substrate for identifying pesticide residues on fruit surfaces.