表面增强拉曼散射技术

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表面增强拉曼散射技术

表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术:
表面增强拉曼散射（SERS ）光谱技术已被证实是一种超 快 、通用的分析技术 ，检测极限达到单分子量级 ，并且携带 着被测分子的指纹振动信息。在食品安全检测 、疾病的 早期诊断 、环境污染检测 、恐怖威胁检测等领域有着潜在的 应用前景 。随着便携式拉曼光谱仪的快速发展 ，SERS 技术 应用于快速现场检测已成为可能 。因此 ，拉曼光谱测量技术 的飞速发展迫切需要商品化 、低成本的 SERS 基底 ，以推动 SERS 检测技术在应用领域的进一步发展 。
目前 ，拉曼增强基底的制备手段在可重复性 、大面积 、 低成本等方面存在一定缺陷。主要是由于 SERS 基底的 特殊结构 ：SERS 是发生在纳米尺度粗糙表面或颗粒之间的 特殊光学现象 ，两个相距为１nm 直径100 nm 的金颗粒可以 产生局部增强因子（EF）为 １０１０ 的电磁增强 ，颗粒间隙小于 ５ nm 区域通常被称为增强“热点” 。颗粒间隙增大 ，增强因子 将呈指数衰减，因此 ，表面增强“热点”的 、可控制备 ，是目前 SERS 基底制备技术中的难点 等，利用电 子束刻蚀技术制备了金纳米盘阵列和金纳米孔阵列 ，并比较 了二者尺寸对 SERS 性能的影响 ，证实 ：由于二者不同的表 面等离子共振波长 ，纳米孔阵列随孔径减小 SERS 性能提 高 ，而纳米盘的趋势则相反 。电子束刻蚀的制备成本高 、面 积小（几百微米） ，广泛应用存在一定困难 。近年来 ，肖湘衡 课题组在聚苯乙烯纳米球模版法制备 SERS 基底方面取得一 系列进展，有望实现周期性 SERS 基底的可控制备 。事实 上 ，SERS 基底并非一定要用周期性结构 ，非周期性结构具 有显著的低成本优势 。采用真空蒸镀或化学镀制备的不连续 的金属薄膜可获得随机分布的金属纳米岛 SERS 基底 ，然 而 ，由于基底上金颗粒的尺寸和间距无法有效控制 ，难以获 得的增强“热点”。自组装法是获得随机分布金属 纳米岛结构的另一重要手段，该方法将溶液法合成的金 属纳米颗粒 ，吸附在经化学修饰的硅 、玻璃或金属基底上 ， 所获得的 SERS 基底曾成功的应用于奶制品中三聚氰胺的检 测 。２０１０ 年田中群的研究组在 Nature 上发表论文， 将核壳结构金纳米颗粒组成的“smart dust”撒在橘子皮上 ，简单 、快速实现水果表面农药残留的检测 。２０１１ 年苏州大学 邵名望研究组利用毛细效应辅助法 ，将柠檬酸纳修饰的 金纳米颗粒固定在硅基底上 ，然后再以 ４００ ℃ 的退火去除配 体 ，获得了表面洁净 、高增强因子的 SERS 基底 。从实验结 果上看 ，SERS 基底的宽度达到几十微米 ，洁净的纳米岛表 面具有高达 ３ × １０ １０ 的增强因子 。２０１４ 年我们研究组利用金 纳米团簇（直径小于 ５ nm 的颗粒）的胶体旋涂成膜后 ，再用 退火的方法 ，大面积 、 低成本制备了基于金纳米岛结构的 SERS 基底，该基底具有较高的均匀性 ，基底上 SERS 信 号强度的相对标准差低于 ５.４％ ，具有 ～ １０７ 量级的宏观增 强因子 。该基底制备方法简单 、 成本低廉 ，然而在可重复 、 制备方面仍存在一定困难 。本论文研究发现 ，１５０ ～ ２１０ ℃ 退火温度范围内 ，金纳米团簇组装缓慢 、 可控性好 。 我们从实验上揭示了金纳米团簇在退火过程中的自组装机 制 ；阐述了基底形貌对 SERS 光谱的影响因素 ，为该类 SERS 基底的 、可控制备奠定基础 。
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