基于半导体/贵金属复合SERS衬底制备及其在抗生素检测方面的应用研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaogang7922
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表面增强拉曼散射光谱技术(SERS)能够实现无接触的无损检测、同时具有超高灵敏的检测性能和实时快速检测的特性,在生物医学,食品安全等快速检测领域中得到了广泛应用。其中所检测的信号强度取决于所制备SERS衬底的优异程度。现在SERS衬底材料的研究中可以分为贵金属材料与半导体材料。传统的贵金属纳米结构的衬底,如金、银和铜等贵金属纳米粒子存在成本高以及易被氧化等问题。半导体材料因其低SERS活性,不适合在痕量检测中的使用。基于此本文研究了贵金属与半导体复合材料,它弥补了贵金属昂贵且易被氧化以及半导体材料SERS灵敏度低等缺点,同时融合了两种材料的优点。抗生素的滥用现象已经日益严重,由于抗生素具有不易分解的特性,造成环境中残留抗生素的累积,对生活环境造成不可逆的改变会提高环境中细菌的抗药性,进而对人体健康造成影响。在抗生素的检测中存在各种方法中SERS表现出一定的优异性。本文主要从构造更多的SERS“热点”出发,利用简单的方法制造出具有优异增强效果的半导体与贵金属复合SERS衬底,并应用在水产中的抗生素硝基呋喃妥因的检测中,主要研究内容包括以下三个方面:1、MoO3@Ag的制备增强性能优化及其作为SERS衬底的研究。利用传统的水热法制备MoO3,通过自组装的方法将利用水热反应合成的Ag纳米球附着在一维MoO3纳米线的表面,形成表面高粗糙的MoO3@Ag复合结构。研究表明,合成的材料呈现出纳米棒状结构,基本形貌为宽度(0.20±0.05)μm,长度(5.0±1.3)μm,在其表面吸附的纳米Ag颗粒的直径为50nm,分布均匀。以不同浓度的R6G探针分子,得到其最低检测限可以达到10-8M。利用主成分分析算法,在线性模型中得出其拟合优度为97.3%,表现出了优异的线性关系。通过DFT的计算证明了MoO3所存在的高选择性,可以选择性增强。在这项工作中,通过一种简易的非原位合成方法来制备一种具有低成本、高灵敏度的SERS衬底。2、介孔SiO2与Ag复合材料的制备及其作为SERS衬底的研究。通过水热法成功制备介孔SiO2@Ag复合材料衬底,通过调控介孔SiO2与聚乙烯吡咯烷酮的使用量,调控银纳米粒子在介孔SiO2孔道中的生长,实现了对介孔SiO2@Ag的体系增强热点的构造。研究表明,所制备的介孔SiO2的直径为200nm,同时具有丰富的孔道,Ag纳米颗粒被吸附在介孔SiO2中,分布均匀。在基于介孔SiO2@Ag复合材料衬底上的拉曼测试实验的结果表明,在低浓度时依然可以检测到4-ATP分子的拉曼特征峰,对于4-ATP的检测能力可以达到10-8M,且具有良好的均一性。最后,通过对抗生素硝基呋喃妥因溶液的拉曼测试,结果表明制备的衬底对于硝基呋喃妥因的检测检测能力高达10-7M。3、Mo-WS2复合材料的制备及其作为SERS衬底的研究。本文针对二维硫化物合金提供了一种简便的方法来制备二维层状合金材料。通过水热反应加入提供S源的硫脲、提供W源的钨酸钠,将金属W沉积在具有垂直生长排列Mo S2纳米片,形成了具有Mo-W合金相的Mo-WS2复合材料。研究表明,合成的材料尺寸为多层层状,具有出垂直生长的特性,分布均匀。采用探针分子R6G作为检测对象,检测能力达到了10-8M(4.79μg/L),且相较于单一的Mo S2具有更好的SERS增强;同时将其应用于水产中的抗生素硝基呋喃妥因检测,其检测能力达到了10-6M。本文利用半导体材料为载体,进行贵金属材料的复合,通过结构调控可以产生了大量的SERS热点,获得了具有良好增强效果的半导体/贵金属复合材料的SERS衬底。同时在应用水产中抗生素检测中表现出了优良的性能,扩展了其在检测抗生素领域中的应用。
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