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苏州医工所高灵敏增强拉曼传感技术研究取得进展

1417    2022-04-29    发布者:中国测试杂志社    来源:苏州生物医学工程技术研究院

 高灵敏微量气体传感在环境污染研究、人体挥发性有机物(VOCs)检测中具有重要的现实意义。迄今为止,已有多种分析技术用于气体检测,但多存在成本高、操作复杂、分析过程耗时等缺点。表面增强拉曼散射(SERS)作为有力的痕量分子检测工具,可利用基底的表面等离子体共振和电荷转移效应大幅增强目标分子的拉曼散射信号,具有高灵敏、简单、快捷、无损和特异指纹识别的特点,在气体传感领域具有优势。
  近日,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员张志强与博士研究生孙姣姣,开发出一种具有超高灵敏性的三维玫瑰花枝状SERS基底(BigAuNP/Au/ZnO/P)。本研究中,科研人员以化学生长与微纳加工相结合的方式,在聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上制备了纳米氧化锌(ZnO)-金(Au)三维异质结构,其增强原理在于相邻纳米棒表面的金纳米颗粒(AuNPs)、同一纳米棒表面的相邻AuNPs、金层与AuNPs的结合点三处“热点”区域共同提高了电磁增强效应,Au和ZnO之间的电荷转移产生高密度电荷,形成内部电场,激发了ZnO纳米棒的化学增强效应。
  该SERS基底对对巯基苯甲酸(p-MBA)分子的检测限为10-13 M,其增强因子高达2.27×107,并具有良好的均一性和可重复性(RSD < 4%)。此外,PVDF膜具有多孔特性,可采用过滤式检测程序提高目标分析物与SERS“热点”的碰撞效率,有利于气体分子的高效富集。
  科研人员以腐胺和尸胺两种挥发性有机气体为例,验证了该三维柔性SERS基底在气体传感中的检测性能。通过在SERS基底上修饰p-MBA传感单分子层,利用酰胺反应选择性地捕获腐胺和尸胺,实现了低浓度气体分子的高灵敏定量检测(腐胺检测限:1.26×10-9 M,尸胺检测限:2.5×10-9 M),比同类研究报道的检出限高出2-3个数量级,证明了该SERS传感器在实际气体传感中的应用潜力。
  鉴于该三维柔性SERS基底的多孔特性和优异的增强性能,将其与微流体装置和便携式拉曼光谱仪集成,搭建SERS快速检测系统,有望实现气溶胶中细菌、病毒和污染物的高效捕获与富集,发挥该三维基底在气溶胶的高灵敏检测领域的技术优势。
  相关研究成果以Ultrasensitive SERS analysis of liquid and gaseous putrescine and cadaverine by a 3D-rosettelike nanostructure-decorated flexible porous substrate为题,发表在Analytical Chemistry上。研究工作得到国家自然科学基金、江苏省重点研发产业前瞻项目、中科院科研仪器装备研制项目等的支持。



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