基于诱导聚集策略的“热点”可调LoC-SERS芯片的制备及应用

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表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱不仅具有拉曼光谱的指纹性还具有极高的灵敏度。作为一种分析检测技术,SERS在物理、化学、材料、生物、环境等领域都有广泛的应用。SERS增强效果强烈依赖于金属纳米结构表面光诱导的电磁场。金属纳米颗粒的聚集可能是产生强大电磁场增强的最简单的方法,甚至可以用于单分子的SERS检测。卤素离子是常见的聚集剂,卤素离子不仅会减小纳米颗粒表面的Zeta电势,导致纳米颗粒失稳聚集,还会取代纳米颗粒表面的配体,降低来自基底本征信号的干扰。然而,卤素诱导纳米颗粒聚集存在聚集不可控的问题,会导致信号均匀性差、重现性差,在实际应用上受到了限制。本文以制备可调控“热点”、均匀的SERS基底为目标,借助超快微流混合器开发了基于诱导纳米颗粒聚集的SERS芯片。解决了诱导纳米颗粒聚集中不可控聚集导致电磁场分布不均匀,引起信号均匀性差、重现性差的问题。主要研究内容如下:(1)将超快微流混合和层层自组装相结合制备了基于NaCl诱导纳米颗粒聚集的SERS芯片。以R6G作为分析对象,探究实现最佳SERS增强效果的聚集剂条件。与微流控芯片外NaCl诱导固相SERS基底相比,该SERS活性微流控芯片具有很高的均匀性。(2)表征了NaCl诱导聚集SERS活性微流控芯片的灵敏度。分析并指出了该SERS芯片的高灵敏度来源于两种机制:(1)分析物被有效输送到“热点”;(2)NaCl诱导纳米颗粒间距减小进而增大电磁场增强。设计取代实验定量研究该SERS基底“热点”的贡献。实验结果表明,当使用2 mM NaCl作为聚集剂时,“热点”贡献率达到82%。利用该SERS活性微流控芯片,实现了对第一代头孢菌素头孢唑啉钠的高灵敏检测,线性检测范围是2×10-6M-2×10-10M。同时该SERS芯片具有良好的长期稳定性,克服了诱导聚集SERS策略检测时效性的问题。(3)同样基于诱导聚集思想,利用化学反应中使用的试剂磷酸作为聚集剂,实现对丙二醛MDA的检测。探究了基于磷酸诱导聚集策略检测MDA的最佳磷酸浓度。在优化的磷酸浓度下,该策略检测MDA的线性检测范围是3.3×10-7M-1.67×10-10M。表征了该方法的选择性、均匀性、重复性和真实样品检测能力,考察了该方法在实际应用方面的潜力。
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