一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底及其制备方法，将纤维素纸作为支撑材料沉浸于纳米金属膜的下方，然后在纳米金属膜阵列结构的表面均匀旋涂有机高分子聚合物，从而包覆纳米金属膜得到二维SERS基底；本方法制得的二维SERS基底保留了纤维素纸的柔性特征，同时有机高分子聚合物的存在使固定在纤维素纸上的纳米金属膜与空气隔绝，减缓了其在空气中的氧化，有效延长了保质期，此外由于高分子聚合物固化后良好的物理、化学稳定性及较为光滑的表面，此二维SERS基底不仅拥有极端环境耐受性，在极端环境中仍可正常使用，而且还被赋予了可清洁性与可重复利用性，多次重复利用后依然具有良好的SERS增强效果和干净的背景信号。净的背景信号。净的背景信号。

【技术实现步骤摘要】
一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底及其制备方法


[0001]本专利技术属于物质检测的
，具体涉及一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底及其制备方法。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼光谱(SERS)分析是基于1982年印度物理学家C.V.Raman发现的“拉曼散射效应”和1974年Fleischmann等人发现的“拉曼增强效应”。研究表明，自然界中几乎每一种物质分子都有其特定的SERS“指纹”图谱，
[0003]基于此，SERS可通过接收并分析增强的拉曼散射光谱进而对相应分子进行定性和定量检测。拉曼光谱作为一种分子振动光谱，其识别能力也可达到分子级别，可以反映分子的特征结构。表面增强拉曼光谱(SERS)分析在检测过程中受基质影响小，因此可避免复杂的样品预处理过程，从而节约大量人力物力，
[0004]并且，SERS检测耗时短(单个样品检测仅需3
‑
20s)、灵敏度高、操作简单、成本低。因此，其出现至今始终受到广大研究者的关注。
[0005]SERS分析往往依赖于起拉曼增强作用的基底材料。SERS基底材料的优劣会直接影响SERS检测的灵敏度、重现性和准确性等硬性指标。因此，稳定可靠且具有高SERS增强能力是评估一种SERS基底材料是否具有优良的定性及定量检测能力的基本条件。
[0006]目前，最常见的SERS基底主要分为零维基底如纳米金银溶胶，二维基底如载银(金)的硅片、纤维素膜、碳片等，以及三维基底如载银(金)的水凝胶、气凝胶等。这些基底材料往往存在显著不足，如溶胶类基底极易受到基质中高盐离子、pH和干扰分子的影响发生聚沉，在一些具有腐蚀性的酸碱溶液中二维和三维基底上起SERS增强作用的纳米银(金)易被腐蚀，且纳米银久置已被氧化。更重要的是，以上这些基底基本均属于一次性产品，无法重复利用，因此，通常在SERS检测中往往需要不断合成基底材料。
[0007]因此，一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底一直是从事SERS研究人员所追求的目标，同时也是阻碍推广到更多领域应用所面临的关键问题。
[0008]公开号为CN116183582A的专利技术专利公开了一种基于AuNTs@PDMS柔性SERS传感器的水磨糯米粉污染物智能化检测方法，制备了基于AuNTs@PDMS的柔性二维SERS传感器，及利用所述基底进行样品检测，但其所描述的通过孵育将AuNTs与PDMS结合的方法可能并不会有太高的效率，既制备的AuNTs@PDMS材料中AuNTs在PDMS上的吸附量和吸附强度会普遍偏低，这会直接影响SERS检测的灵敏度和重现性。
[0009]公开号为CN116148410A的专利技术专利公开了一种可用于连续TLC检测的SERS基底材料及其制备方法与应用，制备了由玻璃(下层)，Au@SiO2纳米粒子自组装层(中间层)，厚度0.3mm
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0.5mm的分离硅胶层(上层)组成的三层复合结构基底材料，但其基于薄层层析(TLC)原理对样品进行分离再检测的过程，可能受样品基质中其它组分的干扰较大，因此，对样品基质要求较高，难以应用于复杂基质中的成分分析，这极大限制了其应用。
[0010]更重要的是，以上所述的两种SERS基底材料均为一次性消耗品，无法重复使用，这
意味着在后续测试中需要大量合成基底。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底及其制备方法，所制备的二维SERS基底保留了纤维素纸的柔性特征，具有较长的保质期，并且拥有优良的极端环境耐受性、可清洁性与可重复利用性。
[0012]本专利技术的技术方案如下：
[0013]本专利技术的目的之一在于提供一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底，所述二维SERS基底内部由纳米金属颗粒溶胶制成的纳米金属膜阵列结构构成，纤维素纸作为支撑材料沉浸于纳米金属膜的下方，同时基底表面旋涂有包覆纳米金属膜的有机高分子聚合物涂层。
[0014]进一步的，所述有机高分子聚合物包括环氧树脂、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂。
[0015]进一步的，所述纤维素纸包括滤纸、细菌纤维素膜、微孔滤膜、普通A4纸。
[0016]进一步的，所述纳米金属颗粒溶胶包括修饰及未经修饰的纳米金、纳米银、纳米核壳、纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁。
[0017]进一步的，所述纳米金属颗粒溶胶中纳米金属颗粒的粒径为10
‑
300nm。
[0018]本专利技术的目的之二在于提供一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1、制备纳米金属膜：利用三相界面自组装法制备纳米金属膜，将纳米金属溶胶离心重悬到1％wt聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中进行稳定，再离心浓缩到无水乙醇中，先后加入二氯甲烷和超纯水，漩涡震荡后静置，加入正己烷，再次静置后在超纯水和正己烷界面处形成纳米金属膜；
[0020]S2、制备纤维素纸/纳米金属膜：首先将S1中三相液体最上层的正己烷层缓慢吸除，将离心管略微倾斜，取所需面积的纤维素纸沿着离心管壁缓慢浸入纳米金属膜下方，缓慢捞起，烘干后得到纤维素纸/纳米金属膜；
[0021]S3、制备二维SERS基底：将有机高分子聚合物与相应固化剂或引发剂混合，趁其处于流动态时，取一定量旋涂到S2制备的纤维素纸/纳米金属膜表面，固化后得到纤维素纸/纳米金属膜/高分子聚合物复合材料，即二维SERS基底。
[0022]进一步的，所述S1中纳米金属溶胶离心重悬到聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中时，纳米金属溶胶与聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液的体积比为3：1
‑
0.5：1，再次离心浓缩到无水乙醇中时，浓缩倍数为2
‑
10倍。
[0023]进一步的，所述S1中二氯甲烷和超纯水添加量与纳米金属溶胶的无水乙醇溶液的体积比为5：1
‑
20：1，正己烷的体积为200
‑
1000μL，静置时间为5
‑
10s，再次静置时间为30
‑
60s。
[0024]进一步的，所述S1中离心浓缩过程无水乙醇添加量为100
‑
300μL。
[0025]进一步的，所述S2中纤维素纸与所用离心管口面积比为1：30
‑
1：60。
[0026]进一步的，所述S2中纤维素纸的面积为(0.25
×
0.25)cm2‑
(0.5
×
0.5)cm2。
[0027]进一步的，所述S3中有机高分子聚合物的旋涂量(μL)与纤维素纸面积(cm2)的比值为5
‑
25；
[0028]进一步的，当高分子聚合物为环氧树脂时，所述相应固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂；
[0029]当高分子聚合物为聚氨酯时，所述相应固化剂为多元醇类固化剂、聚酰胺固化剂或酸类固化剂中的一种；
[0030]当高分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底，其特征在于，所述二维SERS基底内部由纳米金属颗粒溶胶制成的纳米金属膜阵列结构构成，纤维素纸作为支撑材料沉浸于纳米金属膜的下方，同时基底表面旋涂有包覆纳米金属膜的有机高分子聚合物涂层。2.如权利要求1所述的一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底，其特征在于，所述有机高分子聚合物包括环氧树脂、聚氨酯、醇酸树脂或酚醛树脂中的一种。3.如权利要求1所述的一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底，其特征在于，所述纤维素纸包括滤纸、细菌纤维素膜、微孔滤膜或普通A4纸中的一种。4.如权利要求1所述的一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底，其特征在于，所述纳米金属颗粒溶胶包括修饰及未经修饰的纳米金、纳米银、纳米核壳、纳米二氧化硅或纳米四氧化三铁中的一种。5.如权利要求4所述的一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底，其特征在于，所述纳米金属颗粒溶胶中纳米金属颗粒的粒径为10
‑
300nm。6.一种耐极端环境的可重复利用型二维SERS基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备纳米金属膜：利用三相界面自组装法制备纳米金属膜，将纳米金属溶胶离心重悬到1％wt聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中进行稳定，再离心浓缩到无水乙醇中，先后加入二氯甲烷和超纯水，漩涡震荡后静置，加入正己烷，再次静置后在超纯水和正己烷界面处形成纳米金属膜；S2、制备纤维素纸/纳米金属膜：首先将S1中三相液体最上层的正己烷层缓慢吸除，将离心管略微倾斜，取所需面积的纤维素纸沿着离心管壁缓慢浸入纳米金属膜下方，缓慢捞起，烘干后得到纤维素纸/纳米金属膜；S3、制备二维SERS基底：将有机高分子聚合物与相应固化剂混合，趁其处于流动态时，取一定量旋涂到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩楠，卢玉栋，王楚怡，游瑞云，刘云珍，沈慧英，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：