【客户案例精选】CTAB辅助高灵敏银纳米颗粒团簇SERS基底的制备

2021-12-21 13:39:44, 光电行业都会关注北京卓立汉光仪器有限公司

引言

表面增强拉曼散射（Surface-enchanced Raman scattering，SERS）技术由于具有高灵敏度，甚至可达到单分子检测水平，作为一种有效的分析技术已被广泛应用于分析化学、环境监测、生物诊断和国土安全等领域的痕量物质检测。金属纳米颗粒团簇（二聚体，三聚体，四聚体和线性链）由于结构简单，已经成为最广泛用于SERS增强的结构之一。当纳米颗粒间隙＜10 nm时，局部电磁场会极大地增强，引起拉曼信号增强，称为“热点”。目前制备金属纳米团簇的方法主要有以下两类：(1) 化学改性。在纳米颗粒表面修饰生物分子或其他小分子通过自组装形成团簇。此类方法步骤复杂，且纳米颗粒表面修饰的分子可能会阻止探针分子进入“热点”，影响SERS检测灵敏度或对拉曼光谱有干扰。(2) 模板辅助诱导法。利用聚焦离子束、电子束光刻或者嵌段共聚物制备纳米结构阵列，再将纳米颗粒自组装在阵列内部，形成团簇。此类方法制备的团簇分布均匀，但是步骤复杂、耗时长、设备昂贵、很难制备大面积的纳米颗粒团簇。因此，寻找一种步骤简单并且成本低廉的方法来制备大面积的金属纳米颗粒团簇并可用于高灵敏度的SERS检测仍然是一个挑战。

研究成果

针对以上问题，华南师范大学金名亮研究员和水玲玲教授课题组通过在电偶置换反应中引入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），在硅基表面成功制备了大面积（4英寸）的银纳米颗粒团簇SERS基底。该方法成本低廉，步骤简单，且制备的SERS基底具有高灵敏度和较好的信号重复性。通过在反应液中引入 CTAB，一方面，CTAB可作为胶束模板，使银纳米颗粒粒径均匀并有助于形成银纳米颗粒团簇；另一方面，在 SERS 检测过程中，吸附在银纳米颗粒表面的 CTAB 分子可富集溶液中的探针分子，有助于进一步提高拉曼信号的增强效果。实验结果表明，以罗丹明6G（R6G）为探针分子时，银纳米颗粒团簇SERS基底定性检测限可达1.0×10-16 M，相对标准偏差（RSD）低至7.3%。此外，该SERS基底成功的实现了在水溶液中高灵敏检测氨基酸生物小分子，有望用于实时生物分子诊断。

图1 银纳米颗粒团簇的反应原理示意图及SERS性能表征

图2 银纳米颗粒团簇SERS基底的灵敏度和重复性。（a）1.0×10-16 M R6G 在 SERS基底上的拉曼光谱。（b）1.0×10-8 - 1.0×10-16 M R6G在1650 cm-1特征峰处的拉曼强度随R6G浓度对数变化的曲线图。（c）1.0×10-10 M R6G在1650 cm-1特征峰处的拉曼强度分布。

图3 8种必需氨基酸的SERS光谱。（a）1.0×10-13 M L-甲硫氨酸，（b）1.0×10-13 M L-缬氨酸，（c）1.0×10-10 M L-赖氨酸，（d）1.0×10-11 M L-异亮氨酸，（e）1.0×10-10 M L-苯丙氨酸，（f）1.0×10-11 M L-亮氨酸，（g）1.0×10-13 M L-色氨酸，（h）1.0×10-13 M L-苏氨酸。

文章信息

相关论文以“Ag Nano-Assemblies on Si Surface via CTAB-Assisted Galvanic Reaction for Sensitive and Reliable Surface-Enhanced Raman Scattering Detection”为题发表在Sensors and Actuators B: Chemical上，华南师范大学卢涵博士为文章的第一作者，华南师范大学金名亮研究员和华南师范大学水玲玲教授为共同通讯作者。

Sensors and Actuators B: Chemical 2020, 304, 127224，论文查看二维码：