《基於可控微電磁場的SERS微流控晶片分析研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由趙愛武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於可控微電磁場的SERS微流控晶片分析研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙愛武
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
表面增強拉曼（SERS）光譜分析能夠快速準確提供的分子指紋信息，可在極少的樣品量下進行多組分檢測，非常適合微流控晶片的高靈敏、快速、微量及微型化的需求。然而，微通道中SERS活性粒子的聚集狀態難於控制,直接影響其SERS的重複性和穩定性。並且固定的基底易受污染，製作複雜，容易出現後續檢測的信號高於本徵信號的記憶效應。本項目擬通過納米合成技術與微加工MEMS技術相結合，構建一個具有流動性好且能適時可控聚集的SERS檢測微流控模組。以超順磁納米核殼結構為對象，利用超順磁納米粒子的分散性流動性實現晶片內適時聚集SERS增強，晶片外循環清潔。通過可控的多元微交變電磁場，研究微通道中超順磁納米SERS活性粒子的控制組裝規律，揭示SERS納米粒子的聚集態與其局域表面等離子增強之間的關聯關係。為實現晶片的準確連續SERS檢測提供理論基礎。這些規律也將會對磁性粒子在生命微通道中控制與檢測提供理論依據。
結題摘要
按照本項目計畫任務書的要求，通過納米合成技術與微加工MEMS技術相結合，構建一個具有流動性好且能適時可控聚集的SERS檢測微流控模組體系;探索了並建立了在微通道中由外電磁場作用下調控SERS活性基底“熱點”的原創性新方法，實現了以在微通道中高靈敏、重複性好、穩定的SERS活性基底的微流控晶片系統的構建。開展了磁性納米顆粒/貴金屬複合結構的設計及微納米顆粒複合結構的功能化修飾技術和表征等有關研究工作；利用有限元分析軟體模擬構建可產生均勻磁場的理論模型，以此為理論基礎構建了可控的電磁線圈模型。探索了影響磁性貴金屬複合微納米結構顆粒的SERS性能以及外電磁場作用下調控SERS活性基底“熱點”聚集組裝的關鍵因素與規律。項目執行的四年間共發表SCI論文13篇，其中影響因子大於5的論文一篇，影響因子大於4的論文兩篇，影響因子大於3的論文七篇。申請國家發明專利3項，專利獲得授權2項。培養碩士研究生5名，博士研究生1名（另外兩名還未畢業）。圓滿完成了計畫任務書中規定的研究內容。為進一步發展基於磁性貴金屬複合微納米結構SERS微流控晶片製作提供理論和技術支持。項目執行的四年間我們發展了系列磁性顆粒/貴金屬複合納米結構的可控制備方法，通過調控反應條件，成功製備了球形、仿錘形、立方形、米粒狀、花狀等多種不同形貌的磁性顆粒/貴金屬複合納米結構，此複合結構材料具有較高的飽和磁化強度和順磁性，在均勻外電磁場下具有快速回響，並可循環重複利用，實現了農殘福美雙、爆炸物TNT等環境污染物的超靈敏檢測,其中農藥福美雙的檢測，檢測限可達5×10-7 mol/L(0.012 ppm);PATP濃度降至10-7 mol/L。尤其是紡錘狀TbF3-Ag微納複合結構材料具有最強的SERS性能，其對CV、PATP和R6G的檢測限可分別低至10-11M、10-10M和10-14M，並具有良好的穩定性和可重複性。特別是通過超順磁性Fe3O4/Au@Ag納米複合顆粒的可以原位監測可逆的氧化還原反應，可用於亞硝酸根離子的檢測。SERS基底對亞硝酸根NO2-離子檢測限可以達到10-5 M，低於美國環保局關於水果的農殘檢測標準(71.4 μM)，對食物以及廢水中亞硝酸根離子的檢測具有潛在套用價值。這部分工作已經在 Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 256,107-116。
