石墨烯-磁性納米復(fù)合材料的制備及在SERS傳感中的應(yīng)用.pdf

1、在生物傳感、分析化學(xué)、環(huán)境檢測、生物醫(yī)學(xué)等很多領(lǐng)域，對特定分子或物質(zhì)的檢測都十分重要。常見的檢測方法如滴定法、熒光法、分光光度法，成本高耗時久，表面增強拉曼光譜技術(shù)（SERS）具有超高靈敏、快速準(zhǔn)確等優(yōu)勢，備受廣泛關(guān)注。但SERS信號強度非常弱，需要借助增強基底進(jìn)行信號放大，增強基底的靈敏度是最重要的因素，結(jié)合實際應(yīng)用中的不同需求，其他方面的性能也很關(guān)鍵，如基底的穩(wěn)定性、均一性、制作成本、生物兼容性等。傳統(tǒng)SERS增強基底主要利用貴金屬

2、等材料，從電磁場增強機制出發(fā)設(shè)計結(jié)構(gòu)，結(jié)合納米技術(shù)制備出具有“熱點”區(qū)域的納米材料。一直以來，對SERS增強基底制備工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究一直是SERS相關(guān)領(lǐng)域的熱點和難點。
　　本文立足于研究多功能高靈敏度SERS增強基底的制備和性能，主要開展兩個方面：對磁性納米材料 Fe3O4@Ag制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，運用二維材料石墨烯設(shè)計并制備高效SERS增強基底。具體研究內(nèi)容如下：
　　1、分析目前銀殼磁珠(Fe3O4@Ag)的制備方法

3、和材料性能，提出一種新的制備工藝“聚乙烯亞胺(PEI)輔助種子還原法”，對粒徑大小在100nm~800nm范圍內(nèi)的Fe3O4納米粒子實現(xiàn)生長致密完整的銀殼，并深入分析銀殼形成的過程和機理。PEI具有豐富的氨基基團(tuán)，在 Fe3O4粒子（磁珠）表面自組裝形成2nm厚的薄膜后，使磁珠表面帶強正電性，分散性也得到極大提高。進(jìn)而，磁珠表面大量吸附負(fù)電性的3nm大小的金納米粒子(Au NPs)，在生長銀殼的反應(yīng)過程中，這些Au NPs充當(dāng)種子，磁珠

4、表面形成銀納米粒子，粒子不斷生長增大，最終得到連續(xù)致密的粗糙銀殼。采用不同手段表征 Fe3O4@Ag的結(jié)構(gòu)形貌和組成成分，結(jié)果一致表明，銀殼磁珠制備成功。采用對巰基苯胺(PATP)拉曼分子表征 Fe3O4@Ag作為 SERS基底的靈敏度，檢測限可達(dá)10-11M，進(jìn)行免疫分析實驗，對 IgG蛋白分子的檢測限達(dá)10-14g mL-1，說明新工藝制備的銀殼磁珠結(jié)構(gòu)和性能均優(yōu)良。
　　2、利用新型材料石墨烯制備多功能SERS增強基底，分析

5、現(xiàn)有石墨/金屬納米復(fù)合結(jié)構(gòu)存在的不足，將氧化石墨烯與銀殼磁珠組合，設(shè)計一種新型磁性復(fù)合結(jié)構(gòu)(Fe3O4@Ag-rGO-Au)。該結(jié)構(gòu)綜合了磁性材料Fe3O4、SERS增強材料Ag和多功能材料石墨烯三者各自的優(yōu)勢。通過對制備樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，表明成功制備出符合預(yù)期設(shè)計的復(fù)合磁性納米材料，氧化石墨烯可以有效改善粒子的分散性。對Fe3O4@Ag-rGO-Au基底進(jìn)行靈敏度評估，對巰基苯胺(PATP)和近紅外波段光敏染料3.3’二乙基硫

6、醛三碳菁化碘鹽(DTTC)兩種拉曼分子的檢測限分別為10-11M和10-10M，遠(yuǎn)低于其他石墨烯復(fù)合材料的檢測限。
　　3、對制備過程不同階段的粒子進(jìn)行SERS檢測實驗，研究銀殼、石墨烯和金納米粒子對SERS增強效果的貢獻(xiàn)，探討其中的SERS增強機制。以PATP作為拉曼分子，分析分別以 Fe3O4@Ag、Fe3O4@Ag-GO和Fe3O4@Ag-rGO-Au作增強基底得到的拉曼信號，對比分析不同結(jié)構(gòu)為增強基底獲得的 PATP特征峰