高效光纖型SERS探針的界面設計、可控制備及性能研究

《高效光纖型SERS探針的界面設計、可控制備及性能研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由曹傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高效光纖型SERS探針的界面設計、可控制備及性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹傑
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

光纖SERS探針結構緊湊，且具有比巨觀SERS基底更高的檢測靈敏度，在痕量檢測、高靈敏度感測等領域有著重要的套用前景。但因石英光纖的化學穩定性好，使得光纖SERS探針面臨著貴金屬納米結構難以與光纖表面高強度結合且難以調控納米結構形貌與尺度等困難。本項目擬通過活化石英光纖表面，最佳化篩選出具有合適官能團的修飾分子，再以這種修飾分子為紐帶，實現石英光纖與貴金屬納米結構間的高強度化學鍵合；通過進一步篩選修飾分子，闡明貴金屬納米結構在功能化光纖上的成核機理以及晶核生長調控機制，利用基於液相化學合成的種子生長法，實現對光纖表面的貴金屬納米結構形貌尺度的調控。通過本項研究，利用修飾分子嫁接技術實現石英光纖與貴金屬納米材料異質結構界面間的化學鍵合，提高納米光纖SERS探針機械與物理強度；通過光纖上貴金屬納米結構形貌和尺度的調控，提高光纖SERS探針的探測靈敏度。因此，本項研究具有重要的科學意義和實用價值。

結題摘要

光纖SERS探針具有結構緊湊、可以實時監測、抗電磁干擾、能夠用於遙測等優點，因此可以套用於遠距離探測、原位檢測、以及活體檢測等領域。本項目以光纖SERS探針研製中的界面設計及可控制備等科學問題為切入點，已完成的工作總結如下：（1）提出了製備光纖SERS探針的新方法，在光纖上獲得了具有片狀銀納米結構的光纖SERS探針，其具有很高的SERS活性及重現性，並且對光纖錐結構進行了最佳化設計。（2）探明了光纖活化及表面功能化的方法，並輔以雷射誘導法實現了一系列矽烷化光纖探針的製備，而矽烷化的光纖表面有利於提高貴金屬納米結構的沉積密度，從而有益於提高光纖SERS探針的靈敏度並解決了光纖上貴金屬納米結構的穩定結合。（3）實現了通過高壓釜合成法對光纖表面上貴金屬納米結構的形貌和尺度調控，與其它製備方法獲得的光纖SERS探針相比，探測極限得到進一步的提升。（4）發展了光纖SERS探針的雙基底探測方案，分別通過雷射誘導在光纖錐面製備銀納米顆粒，同時在待測液中加入高活性的SERS基底，結果表明雙基底光纖探針的SERS增強要高於單一基底所產生的信號以及兩者之和。（5）研究了在探針製備過程中直接調控顆粒尺寸，進而在光纖探針上得到了具有密排結構且穩定的SERS活性材料，該探針展現了很高的靈敏度、長期穩定性、很好的重現性以及優越的可循環利用性。上述研究工作取得了多項具有創新性和系統性的研究成果，在項目實施三年來，已在國際學術期刊Analyst，Appl. Phys. Lett.，RSC Adv.，New J. Chem.，ChemistrySelect上發表了標註有國家基金資助的研究論文。本項目的完成為光纖SERS探針的研製及套用提供了新的方法和思路，所製備的若干種高效光纖型SERS探針在分析化學、生物感測及環境監測等領域有潛在的套用價值。