Name: В центре внимания автора: Разработка и применение гибких субстратов SERS с использованием синтезированных AgNP
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

Исследование поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (грант No 61974004 и 61931018), а также Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (грант No 2021YFB3200100). Исследование выражает признательность Лаборатории электронной микроскопии Пекинского университета за предоставление доступа к электронным микроскопам. Кроме того, исследование выражает благодарность Ин Цуй (Ying Cui) и Школе наук о Земле и космосе Пекинского университета за их помощь в измерениях комбинационного рассеяния света.

1. Синтез наночастиц
<ol><li>Приготовление раствора нитрата серебра<ol><li>С помощью прецизионных весов отмерьте 0,0017 г нитрата серебра класса AR (AgNO3, см. таблицу материалов) и добавьте его в 10 мл деионизированной (DI) воды. Перемешайте смесь, чтобы получить раствор AgNO 3 в ?...

Изготовление гибкой подложки для SERS детектирования R6G и 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>

В этом исследовании была введена гибкая подложка SERS, которая связывала AgNPs с PDMS путем химической модификации и достигала отличных характеристик. При синтезе частиц, в частности при синтезе аммиачного комплекса серебра (стадия 1.2), цвет раствора играет решающую роль. Добавление слишком б...

Поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние (SERS), как разновидность комбинационного рассеяния, обладает преимуществами высокой чувствительности и щадящих условий обнаружения, а также может достигать обнаружения одной молекулы 1,2,3,4. Металлические наноструктуры, такие как золото и серебро, обычно используются в качестве подложек SERS для обнаружения веществ 5,6. Усиление электромагнитной связи на наноструктурированных поверхностях играет важную роль в приложениях SERS. Металлические наноструктуры различных размеров, форм, межчастичных расстояний и состава могут объединяться в многочисленные «горячие точки», генерирующие интенсивные электромагнитные поля из-за локализованных поверхностных плазмонных резонансов 7,8. Во многих исследованиях были разработаны металлические наночастицы с различной морфологией в качестве подложек SERS, демонстрирующие их эффективность в достижении усиления SERS 9,10.
Гибкие подложки SERS находят широкое применение, с наноструктурами, способными создавать эффекты SERS, нанесенными на гибкие подложки для облегчения прямого обнаружения на изогнутых поверхностях. Гибкие подложки SERS используются для обнаружения и сбора аналитов на неровных, неплоских или изогнутых поверхностях. К распространенным гибким подложкам SERS относятся волокна, полимерные пленки и пленки из оксида графена11,12,13,14. Среди них полидиметилсилоксан (ПДМС) является одним из наиболее широко используемых полимерных материалов и обладает такими преимуществами, как высокая прозрачность, высокая прочность на растяжение, химическая стабильность, нетоксичность и адгезия15,16,17. PDMS имеет низкое рамановское сечение, что делает его влияние на рамановский сигнал незначительным18. Поскольку преполимер PDMS находится в жидкой форме, он может отверждаться теплом или светом, что обеспечивает высокую степень управляемости и удобства. Подложки SERS на основе PDMS являются относительно распространенными гибкими подложками SERS, которые использовались в предыдущих исследованиях для встраивания различных металлических наночастиц для обнаружения различных биохимических веществ с образцовыми характеристиками19,20.
При подготовке подложек SERS решающее значение имеет изготовление нанощелевых структур. Технология физического осаждения обладает такими преимуществами, как высокая масштабируемость, однородность и воспроизводимость, но, как правило, требует хороших вакуумных условий и специализированного оборудования, что ограничивает ее практическое применение21. Кроме того, изготовление наноструктур в масштабе нескольких нанометров остается сложной задачей при использовании традиционных методов осаждения22. Следовательно, наночастицы, синтезированные химическими методами, могут адсорбироваться на гибких прозрачных пленках посредством различных взаимодействий, облегчая самосборку металлических структур на наноуровне. Чтобы обеспечить успешную адсорбцию, взаимодействия могут быть скорректированы путем физического или химического изменения поверхности пленки для изменения ее гидрофильности23. Наночастицы серебра, по сравнению с наночастицами золота, демонстрируют лучшие характеристики SERS, но их нестабильность, особенно восприимчивость к окислению на воздухе, приводит к быстрому снижению коэффициента усиления SERS (EF), что влияет на характеристики подложки24. Следовательно, необходимо разработать метод стабильных частиц.
Присутствие остатков пестицидов привлекло значительное внимание, создав настоятельную потребность в надежных методах, способных быстро обнаруживать и идентифицировать различные классы опасных химических веществ в пищевых продуктах в полевых условиях25,26. Гибкие подложки SERS обладают уникальными преимуществами в практическом применении, особенно в области безопасности пищевых продуктов. В данной статье представлен метод получения гибкой подложки SERS путем связывания синтезированных наночастиц серебра, покрытых глюкозой (AgNPs), на подложку PDMS (рис. 1). Присутствие глюкозы защищает AgNPs, смягчая окисление серебра в воздухе. Субстрат демонстрирует отличные характеристики обнаружения, способный обнаруживать родамин 6G (R6G) на уровне 10-10 М и пестицид Тирам на уровне 10-8 М с хорошей однородностью. Кроме того, гибкая подложка может быть использована для обнаружения путем склеивания и отбора проб с многочисленными потенциальными сценариями применения.

<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

В данной статье представлен метод изготовления гибкой подложки, предназначенной для поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния (SERS). Наночастицы серебра (AgNPs) были синтезированы с помощью реакции комплексообразования с участием нитрата серебра (AgNO3) и аммиака с последующим восстановлением с помощью глюкозы. Полученные AgNP демонстрировали равномерное распределение по размерам в диапазоне от 20 нм до 50 нм. Впоследствии 3-аминопропилтриэтоксисилан (APTES) был использован для модификации подложки PDMS, которая была обработана кислородной плазмой. Этот процесс способствовал самосборке AgNP на подложке. Систематическая оценка влияния различных экспериментальных условий на характеристики подложки привела к разработке подложки SERS с отличными характеристиками и повышенным коэффициентом (EF). Используя этот субстрат, были достигнуты впечатляющие пределы обнаружения 10-10 М для R6G (родамин 6G) и 10-8 М для Тирама. Субстрат был успешно использован для обнаружения остатков пестицидов на яблоках, что дало весьма удовлетворительные результаты. Гибкая подложка SERS демонстрирует большой потенциал для применения в реальных условиях, включая обнаружение в сложных сценариях.

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.

В центре внимания автора: Разработка и применение гибких субстратов SERS с использованием синтезированных AgNP 

Изготовление гибкой подложки для комбинационного рассеяния комбинационного рассеяния (SERS) на основе полидиметилсилоксана (PDMS) для сверхчувствительного детектирования

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.

В этом исследовании был разработан гибкий субстрат SERS, состоящий из синтетических AgNP, обернутых в глюкозу и самособирающихся на PDMS с помощью APTES, что обеспечивает превосходные характеристики обнаружения для практических приложений обнаружения пестицидов. Пределы обнаружения R6G и Thiram ?...

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

В этом протоколе описывается метод изготовления гибкой подложки для поверхностного комбинационного рассеяния. Этот метод был использован для успешного обнаружения низких концентраций R6G и Thiram.

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

В этом протоколе описывается подготовка гибких подложек SERS и их применение к реальным сценариям обнаружения. Гибкая подложка SERS, предлагаемая этим протоколом, безопасна для окружающей среды и обеспечивает хорошие характеристики обнаружения. Наночастицы серебра могут быть легко синтезированы в простых сосудах и не требуют сложных экспериментальных условий и окружающей среды.В нашей лаборатории мы планируем сосредоточиться на исследовании наночастиц серебра, синтезируемых через сосуд, используемый в данном исследовании. Мы изучим методы расширения возможностей обнаружения SERS и использования их уникальных свойств и характеристик для разработки более эффективных подложек для обнаружения SERS.

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

Синтез наночастиц серебра и получение гибкой подложки для детекции SERS  

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.