金属/生物复合材料SERS基底的制备及其性能的研究

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表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)技术作为一种光谱分析手段由于具有灵敏度高、响应快和无损分析等优点,被广泛应用于生物医学、食品安全、环境监测等领域。制备SERS基底是拉曼光谱检测过程中的重要部分,也是成功实现待测分子拉曼信号增强的关键。近年来,为了进一步推动SERS技术的发展,在低成本、高性能SERS基底的制备上人们做出了很多探讨。对于复合结构SERS基底的研究逐渐引起相关领域的密切关注。本文以天然生物材料(蜻蜓翅膀、蝉翅膀)为模板,采用磁控溅射技术将磁性镍铁合金沉积到天然生物材料表面,并修饰以不同的贵金属材料,得到固态复合的SERS基底,进一步对基底的SERS性能进行了研究。研究内容如下:首先,利用磁控溅射技术将镍铁合金和铜依次溅射在了三维不规则蜻蜓翅膀表面,通过对溅射时间进行优化,改变基底的形貌和尺寸,找到合适的纳米结构,调控了基底表面“热点”的密度,获得了增强效果不同的SERS基底。借助扫描电子显微镜对基底的表面形貌进行表征,利用拉曼光谱仪筛选最佳基底并对其SERS性能进行分析。其次,选择具有三维规则纳米阵列的蝉翅膀作为模板,将镍铁合金沉积在蝉翅膀表面,通过改变溅射时间来控制镍铁合金膜的厚度,得到镍铁合金/蝉翅膀基底。以罗丹明6G作为探针分子,筛选出具有最佳增强效果的基底,并对分析该基底的增强性能。最后,为了提高基底的SERS性能,将平均直径约为30 nm的银纳米颗粒修饰在镍铁合金/蝉翅膀表面,改变了基底表面的粗糙程度,实现了“热点”数量的增加以及“热点”质量的提高。利用扫描电子显微镜对银纳米颗粒的附着情况进行观察,研究了基底的增强性能、均匀性和再现性,并将基底应用于对结晶紫的定量检测。
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