基于Au纳米结构的超灵敏柔性SERS基底的研究

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基于表面增强拉曼散射(SERS)的检测技术以其快速、灵敏、无损等独特优势在各个领域获得广泛应用。柔性SERS基底由于可进行复杂样品表面的原位检测,可直接和便携地提取并收集SERS信号,已成为实际检测中的重要研究方向。高度有序的贵金属Au纳米结构强烈的粒子间相互作用表现出更高的集体共振特性,有望通过增强粒子间耦合和抑制缺陷在应用中表现出比无序纳米结构具有更优异的性能。但制备超小间隙(1 nm~2 nm)的高度有序Au纳米结构以及柔性SERS基底成为实现超灵敏原位SERS检测的难点和热点。本文旨在从有序贵金属纳米结构的制备与组装入手,制备了三维(3D)超晶格类单晶Au纳米结构/IPS柔性基底并对其检测性能进行了研究。通过疏水介质油胺降低表面电荷的策略实现了大面积二维(2D)密排Au纳米颗粒阵列的自组装,有效避免了 Au纳米颗粒极易发生不规则团聚的特性。提出热纳米压印SERS结构完整转移技术制备了 2D有序Au纳米阵列/IPS柔性SERS基底。对罗丹明分子(R6G)的检测限可达10-11M,增强因子(EF)达到1.74×109。通过时域有限差分法(FDTD)仿真,验证了 2D有序大面积的Au纳米阵列比无序排列具有更强且均匀的电磁场分布。提出沸点蒸发诱导的具有2 nm狭窄间隙的3D超晶格Au纳米结构自组装策略,结合纳米压印技术制备3D超晶格Au纳米结构/IPS柔性SERS基底,对R6G的检测限可达10-13M的超痕量水平,EF达到9.82×1010。将3D柔性SERS基底对四种农药分子进行检测,对甲基对硫磷、毒死蜱的检测限低至10 pM,秋兰姆、噻菌灵检测限达到1pM。对基底20×20 μm2的441个点采样分析了点对点的均匀性,对30个不同批次的基底采样分析了批对批的复现性,拉曼强度的RSDs均小于7%。通过FDTD仿真分析验证了 3D超晶格Au纳米结构相对于无序团聚结构具有更优的均匀强热点分布。
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