CN109663927A - 一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法 - Google Patents

一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109663927A
CN109663927A CN201811447572.9A CN201811447572A CN109663927A CN 109663927 A CN109663927 A CN 109663927A CN 201811447572 A CN201811447572 A CN 201811447572A CN 109663927 A CN109663927 A CN 109663927A
Authority
CN
China
Prior art keywords
core
shell structure
hollow sio
sio
aqueous solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811447572.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109663927B (zh
Inventor
方吉祥
张东杰
郝锐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Ruhai Instrument Equipment Co.,Ltd.
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201811447572.9A priority Critical patent/CN109663927B/zh
Publication of CN109663927A publication Critical patent/CN109663927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109663927B publication Critical patent/CN109663927B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/07—Metallic powder characterised by particles having a nanoscale microstructure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，包括以下步骤：首先，在室温条件下，将具有超疏水性能的PTFE滤膜固定在玻璃载片上，之后将全氟聚醚润滑油均匀涂覆在滤膜表面，接下来将玻璃载片进行烘干，获得具有超疏水滑移表面的玻璃载片；最后，将含有10μL～50μLSiO2/Au核壳结构微球和30μL～200μL染料分子结晶紫的混合液滴加到滑移表面上，之后加热蒸发直至滴液完全挥发，最终得到具有轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底，其中，所述SiO2/Au核壳结构微球是通过轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法制备所得；本发明采用的空心微球能够缩聚到数百微米区域内，几乎所有探针分子吸附在Au纳米颗粒的热点区域，最终使得SERS信号灵敏性与可重复性显著提高。

Description

一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法
技术领域
本发明属于纳米技术、表面增强拉曼散射光谱技术领域，具体涉及一种轻质空心SiO2/Au 核壳结构的制备方法及SERS检测应用。
背景技术
表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种指纹光谱技术，具有优异的信号灵敏性、选择性以及重复性，已成为极具潜力的一种分析方法，在食品检测、环境监测、成像、催化、生化感应等领域已经得到了广泛的应用。SERS测试是一个复杂的过程，涉及到等离激元纳米结构、探测分子以及入射激光三者之间的相互作用，过去十年，众多高热点效应的等离激元纳米结构已经被合成并且能够精确调控。
胶体纳米颗粒SERS衬底由于具有制备工艺简单、成本较低以及灵敏性较高等优势，目前已经被科研人员广泛研究。研究表明，在超低浓度探针分子检测过程中，探测分子与等离激元纳米结构的吸附作用十分重要，如何将探测分子引导/吸附到SERS活性热点区域，对于最终的检测结果影响重大，而人们在这方面的研究相对较少。胶体颗粒衬底制备过程中有许多因素会对基底沉积图案产生影响，包括基底表面自由能(亲水性)、溶剂表面张力、胶体颗粒大小 (毛细力)、胶体颗粒形状、液滴尺寸大小(DLVO理论)、胶体颗粒表面电荷等，最常见地，液滴挥发中由于扩散限制作用，很容易出现“咖啡环”效应，纳米颗粒与探针分子在挥发过程中绝大部分堆积在边缘区域，而在液滴中心区域随机分散，使得一部分探针分子无法处于等离激元近场增强区域，最终导致SERS信号灵敏性与重复性的损失。因此，发展一种快速、简便以及可靠的方法用于胶体颗粒的组装与探测分子的富集具有十分重要以及迫切的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，解决了现有的胶体纳米颗粒制备的SERS衬底存在其信号灵敏性与重复性容易损失的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将浓度为10×10-3mol/L的氯金酸水溶液与去离子水混合，加热煮沸并进行搅拌至完全反应，接着注入浓度为1％wt的柠檬酸钠水溶液中继续搅拌直至完全反应，之后冷却获得金纳米粒颗粒胶体溶液；其中，氯金酸溶液、去离子水以及柠檬酸钠水溶液的体积比为1:50: (0.5～1):50:4；
步骤2，将空心SiO2水溶液与去离子水混合，之后加入浓度为0.4％的APTMS水溶液进行搅拌直至完全反应，之后进行离心提纯，获得氨基修饰的空心SiO2水分散液；其中，空心SiO2水溶液的浓度在0.1％wt～5％wt，空心SiO2水溶液、去离子水以及APTMS水溶液的体积比为 50:50:1～50:50:10；
步骤3，室温下，将步骤1中的金纳米颗粒胶体溶液与步骤2中氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入一定量的去离子水，进行搅拌直至金纳米颗粒负载在空心球表面，最后获得空心 SiO2/Au种子分散液；其中，金纳米颗粒胶体溶液、去离子水以及氨基修饰的空心SiO2分散液的体积比为1:8:2～10:8:2；
步骤4，将步骤3中的空心SiO2/Au种子分散液与金盐溶液混合，再加入还原剂氯化羟胺，反应得到轻质空心球/Au核壳结构；其中，氯化羟胺浓度为0.05mol/L～5mol/L，空心SiO2/Au 种子分散液、金盐溶液以及氯化羟胺溶液的体积比为2：5：0.05～2：5：0.5。
优选地，步骤1制备所得的金纳米颗粒直径为10～200nm。
优选地，所述空心SiO2水溶液中的空心SiO2微球球径为1μm～200μm。
优选地，所述金盐溶液是通过将100mL去离子水、4mL浓度为0.1×10-3mol/L～20×10-3 mol/L的氯金酸水溶液以及10～100mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置直至完全反应所得。
优选地，在制备轻质空心球/Au核壳结构时，向混合液中加入银离子使得金壳生长更加致密；所述银离子为浓度0.1×10-3mol/L～10×10-3mol/L的硝酸银，其中，硝酸银的加入量为 10μL～50μL。
一种轻质空心SiO2/Au核壳结构，通过轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法制备所得。
一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，包括以下步骤：
首先，在室温条件下，将具有超疏水性能的PTFE滤膜固定在玻璃载片上，之后将全氟聚醚润滑油均匀涂覆在滤膜表面，接下来将玻璃载片进行烘干，获得具有超疏水滑移表面的玻璃载片；
最后，将含有10μL～50μLSiO2/Au核壳结构微球和30μL～200μL染料分子结晶紫的混合液滴加到滑移表面上，之后加热蒸发直至滴液完全挥发，最终得到具有轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底，其中，所述SiO2/Au核壳结构微球是通过轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法制备所得。
优选地，所述具有超疏水性能的PTFE滤膜的孔径为0.1μm～0.5μm，厚度为10～100mm；所述全氟聚醚润滑油为含氟类高聚物润滑油，滴加量为0.1～10mL/cm2。
优选地，采用旋涂法将全氟聚醚润滑油均匀涂覆在滤膜表面，其中，旋涂工艺参数为：转速为300～1500rpm，时间在30s～5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，工艺简单，成本低，重复性较好。传统胶体颗粒液滴在挥发过程中由于扩散限制作用，很容易出现“咖啡环”效应，一部分探针分子无法处于等离激元近场增强区域，导致SERS信号灵敏性与重复性的损失。本发明制备的轻质空心SiO2/金核壳结构密度较轻，壳层表面Au纳米颗粒分布密集，颗粒间隙仅为几个纳米，能够提供大量电磁增强热点；贵金属纳米颗粒在空心微球表面包覆均匀，颗粒尺寸与间隙可控。对于超低浓度SERS检测，探针分子与等离激元纳米结构的吸附作用十分重要，如何将分子引导到SERS活性热点区域，对于最终检测结果影响重大。
本发明提供的一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，选用自由能非常小的疏水滑移表面作为基底，蒸发过程中空心微球漂浮在液滴表面，接触角迟滞非常小，可以有效避免三相接触线钉扎，在最后蒸干阶段由于毛细力作用，空心微球能够缩聚到数百微米区域内，几乎所有探针分子吸附在Au纳米颗粒的热点区域，最终使得SERS信号灵敏性与可重复性显著提高。
附图说明
图1为轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备示意图；
图2为空心核壳结构微球在疏水滑移表面进行SERS检测的机理图；
图3为空心SiO2表面吸附Au种子的低倍SEM图；
图4为图3中心区域的高倍SEM图；
图5为空心SiO2/Au核壳结构的低倍SEM图；
图6为图5中心区域的高倍SEM图；
图7为加入Ag+后SiO2/Au核壳结构的低倍SEM图；
图8为图7中心区域的高倍SEM图；
图9为轻质空心SiO2/Au核壳结构微球在液滴表面的挥发过程光学成像；
图10为图9中20μL体积的轻质空心SiO2/Au核壳结构微球水溶液蒸干后的光学成像；
图11为图10中10μL体积的轻质空心SiO2/Au核壳结构微球水溶液蒸干后的光学成像；
图12为图10中5μL体积的轻质空心SiO2/Au核壳结构微球水溶液蒸干后的光学成像；
图13为疏水滑移表面上空心微球与CV分子分布的光学成像；
图14为疏水滑移表面上空心微球与CV分子分布的荧光成像；
图15为宏观咖啡环、微尺度咖啡环以及空心微球三种SERS衬底增强CV分子的检出几率图；
图16为SiO2/Au核壳结构增强CV分子的SERS检测限；
图17为SiO2/Au核壳结构SERS衬底增强西地那非分子的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，包括以下步骤：
首先，在室温条件下，将具有超疏水性能的PTFE滤膜固定在表面光滑的玻璃片上，通过旋涂方式将全氟聚醚润滑油均匀涂覆在滤膜表面，接下来将获得的滤膜转移到加热台上，在 80℃条件下烘干20～120min，最后获得超疏水滑移表面；
其中，PTFE滤膜的孔径为0.1μm～0.5μm，厚度为10～100mm；
全氟聚醚润滑油为含氟类高聚物润滑油，滴加量为0.1～10mL/cm2，旋涂工艺参数为：转速为300～1500rpm，时间为30s～5min；
最后，将含有10μL～50μL SiO2/Au核壳结构微球和30μL～200μL染料分子结晶紫(CV) 的混合液滴加到超疏水滑移表面上，在70℃下蒸发，30～60min后液滴挥发完全，得到基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底。
其中，SiO2/Au核壳结构微球的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将浓度为10×10-3mol/L的氯金酸水溶液与去离子水混合，搅拌状态下煮沸15min，接下来一次性注入浓度为1％wt的柠檬酸钠水溶液，以700rpm的速度继续搅拌反应30-60min，冷却后获得金纳米粒颗粒胶体溶液；其中，氯金酸溶液、去离子水以及柠檬酸钠水溶液的体积比为1:50:0.5～1:50:4；采用该方法制备的金纳米颗粒直径为10nm～200nm；
步骤2，将空心SiO2水溶液与去离子水混合，加入浓度为0.4％的APTMS水溶液，以300rpm 的速度搅拌混合24h，接下来在80℃的加热状态下混合1h，最后3000-6000rpm的速度进行离心提纯，获得氨基修饰的空心SiO2水分散液，其中，其中，空心SiO2水溶液的浓度在0.1％wt～ 5％wt；空心SiO2水溶液、去离子水以及APTMS水溶液的体积比为50:50:1～50:50:10，所述空心SiO2水溶液中的空心SiO2微球球径为1μm～200μm；
步骤3，室温下，将步骤1中的金纳米颗粒胶体溶液与步骤2中氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入一定量的去离子水，以200rpm的速度进行搅拌，使得金纳米颗粒负载在空心球表面，获得空心SiO2/Au种子分散液，接下来以7000-8000rpm的速度、离心5min～1h去除多余的金纳米颗粒；其中，金纳米颗粒胶体溶液、去离子水以及氨基修饰的空心SiO2分散液的体积比为1:8:2～10:8:2；
步骤4，将100mL去离子水、4mL浓度为0.1×10-3mol/L～20×10-3mol/L的氯金酸水溶液以及10～100mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置24-48h，获得金盐溶液；
接下来，将步骤3中的空心SiO2/Au种子分散液与金盐溶液混合，再加入还原剂氯化羟胺，反应得到轻质空心球/Au核壳结构；此外，通过添加微量的银离子可以使得金壳生长更加致密；其中，氯化羟胺浓度为0.05mol/L～5mol/L，空心SiO2/Au种子分散液、金盐溶液以及氯化羟胺溶液的体积比为2：5：0.05～2：5：0.5；
其中，工艺参数：搅拌速度为300rpm，反应时间为1～6h；硝酸银浓度为0.1×10- 3mol/L～ 10×10-3mol/L，含量为10μL到50μL之间。
本发明所述的轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法包括以下步骤：在加热条件下，将空心SiO2微球与APTMS混合进行表面氨基化处理，接下来与表面带有柠檬酸根离子的金纳米颗粒搅拌混合，然后离心去除多余的金纳米颗粒，随后滴加氯化羟胺以及金盐进行反应，最后进行离心提纯，得空心SiO2/Au核壳结构，如图1示意图所示。
所述轻质空心SiO2/Au核壳结构与探测分子的混合液滴在超疏水滑移表面蒸干后能够缩聚到十分微小的区域，在表面增强拉曼光谱检测方面具有明显优势，如图2示意图所示。
1、轻质空心SiO2/Au核壳结构SERS衬底的制备
实施例一
将1mL，10×10-3mol/L的氯金酸溶液加入到50mL去离子水中，搅拌状态下煮沸15min，接下来一次性注入0.5～1.5mL，1％wt的柠檬酸钠水溶液，继续反应30min，冷却后获得胶体金纳米粒颗粒；
接下来，将50mL，0.1％wt的空心SiO2微球水溶液与去50mL离子水混合，加入0.5～1.5 mL，0.4％的APTMS水溶液，室温下搅拌混合24h，再在80℃下混合1h，得到氨基修饰的空心SiO2分散液；
在室温下，将10mL金纳米颗粒胶体溶液与4mL氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入 16mL去离子水，搅拌状态下使得金种子负载在空心球表面，获得空心SiO2/Au种子分散液。图3与4为空心球表面吸附Au种子后的不同分辨率SEM图，可以看出金纳米颗粒尺寸在20nm 左右，尺寸分布比较一致，金纳米颗粒通过静电吸附十分均匀地吸附在空心球表面。
最后，将100mL去离子水、4mL，0.1×10-3mol/L～5×10-3mol/L的氯金酸溶液以及10～30 mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置24h，获得金盐溶液。将4mL空心SiO2/Au种子分散液与10mL金盐溶液混合，再加入0.05～0.15mL，0.1mol/L还原剂氯化羟胺，反应3h后得到轻质空心SiO2/Au核壳结构。如图5、6所示为空心SiO2/Au核壳结构的SEM图，其中，图5为低倍状态下包覆效果，可以看出金颗粒在空心微球表面呈单层分布，一致性较好，图6为高倍状态下SEM图，可以看出金颗粒尺寸为40-60nm之间，颗粒间距离大概为10-50nm。
实施例二
将1mL，10×10-3mol/L的氯金酸溶液加入到50mL去离子水中，搅拌状态下煮沸15min，接下来一次性注入1.5～3mL，浓度为1％wt的柠檬酸钠水溶液，继续反应30min，冷却后获得胶体金纳米粒颗粒。
接下来，将50mL，0.1％wt的空心SiO2微球水溶液与去50mL离子水混合，加入3～6mL， 0.4％的APTMS水溶液，室温下搅拌混合24h，再在80℃下混合1h，得到氨基修饰的空心SiO2分散液。
在室温下，将20mL金纳米颗粒胶体溶液与4mL氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入 16mL去离子水，搅拌状态下使得金种子负载在空心球表面，获得空心SiO2/Au种子分散液。图3与4为空心球表面吸附Au种子后的不同分辨率SEM图，可以看出金纳米颗粒尺寸在20nm 左右，尺寸分布比较一致，金纳米颗粒通过静电吸附十分均匀地吸附在空心球表面。
最后，将100mL去离子水、4mL，5×10-3～10×10-3mol/L的氯金酸溶液以及30～60mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置24h，获得金盐溶液。将4mL空心SiO2/Au种子分散液与10mL 金盐溶液混合，加入0.15～0.3mL，0.1mol/L还原剂氯化羟胺，再加入50μL，0.1×10-3mol/L 的硝酸银水溶液，反应3h后得到轻质空心SiO2/Au核壳结构。如图7、8所示为空心SiO2/Au 核壳结构的SEM图，其中，图7为低倍状态下包覆效果，可以看出金颗粒在空心微球表面基本呈单层分布，在Au壳的生长过程中添加微量Ag+可以使得壳层更加紧密，图8为高倍状态下SEM图，可以看出金颗粒尺寸为30-50nm之间，颗粒间距离小于10nm。
实施例三
将1mL，10×10-3mol/L的氯金酸溶液加入到50mL去离子水中，搅拌状态下煮沸15min，接下来一次性注入浓度为3～4mL，1％wt的柠檬酸钠水溶液，继续反应30min，冷却后获得胶体金纳米粒颗粒。接下来，将50mL，0.1％wt的空心SiO2微球水溶液与去50mL离子水混合，加入6～10mL，0.4％的APTMS水溶液，室温下搅拌混合24h，再在80℃下混合1h，得到氨基修饰的空心SiO2分散液。
在室温下，将1mL金纳米颗粒胶体溶液与4mL氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入 16mL去离子水，搅拌状态下使得金种子负载在空心球表面，获得空心SiO2/Au种子分散液。图3与4为空心球表面吸附Au种子后的不同分辨率SEM图，可以看出金纳米颗粒尺寸在20nm左右，尺寸分布比较一致，金纳米颗粒通过静电吸附十分均匀地吸附在空心球表面。
将100mL去离子水、4mL，10×10-3mol/L～20×10-3mol/L的氯金酸溶液以及60～100mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置24h，获得金盐溶液。将4mL空心SiO2/Au种子分散液与10mL 金盐溶液混合，加入0.3～0.5mL，0.1mol/L还原剂氯化羟胺，再加入50μL，6.5×10-3mol/L～ 10×10-3mol/L的硝酸银水溶液，反应3h后得到轻质空心SiO2/Au核壳结构。
室温条件下，将超疏水PTFE滤膜固定在表面光滑的玻璃片上，通过旋涂将氟聚醚润滑油在滤膜表面均匀涂覆，接下来将获得的滤膜转移到加热台上，在80℃条件下烘干30min，获得超疏水滑移表面。其中，PTFE滤膜孔径为0.1μm，厚度为70mm。旋涂工艺参数为：转速为600rpm，时间为60s。
最后，将含有20μL SiO2/Au核壳结构微球和30μL CV分子的混合液滴滴加到超疏水滑移表面上，在70℃下蒸发，45min后液滴挥发完全。图9为混合液滴在超疏水滑移表面挥发过程的光学图，可以看出在不同阶段，轻质SiO2/Au核壳结构微球始终漂浮在液滴表面，溶剂蒸干后微球可以缩聚在0.2mm左右的微小区域内。图10为空心微球缩聚后的光学成像，可以看出颗粒聚集在一起，数量大于30个。
实施例四
将1mL，10×10-3mol/L的氯金酸溶液加入到50mL去离子水中，搅拌状态下煮沸15min，接下来一次性注入浓度为3mL，1％wt的柠檬酸钠水溶液，继续反应30min，冷却后获得胶体金纳米粒颗粒。接下来，将50mL，0.1％wt的空心SiO2微球水溶液与去50mL离子水混合，加入8mL，0.4％的APTMS水溶液，室温下搅拌混合24h，再在80℃下混合1h，得到氨基修饰的空心SiO2分散液。
在室温下，将6mL金纳米颗粒胶体溶液与4mL氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入 16mL去离子水，搅拌状态下使得金种子负载在空心球表面，获得空心SiO2/Au种子分散液。图3与4为空心球表面吸附Au种子后的不同分辨率SEM图，可以看出金纳米颗粒尺寸在20nm 左右，尺寸分布比较一致，金纳米颗粒通过静电吸附十分均匀地吸附在空心球表面。
将100mL去离子水、4mL，1×10-3mol/L的氯金酸溶液以及80mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置24h，获得金盐溶液。将4mL空心SiO2/Au种子分散液与10mL金盐溶液混合，加入0.2mL，0.1mol/L还原剂氯化羟胺，再加入10μL，5×10-3mol/L的硝酸银水溶液，反应 3h后得到轻质空心SiO2/Au核壳结构。
室温条件下，将超疏水PTFE滤膜固定在表面光滑的玻璃片上，通过旋涂将氟聚醚润滑油在滤膜表面均匀涂覆，接下来将获得的滤膜转移到加热台上，在80℃条件下烘干30min，获得超疏水滑移表面。其中，PTFE滤膜孔径为0.1μm，厚度为70mm。旋涂工艺参数为：转速为600rpm，时间为60s，全氟聚醚润滑油的滴加量为0.1～5mL/cm2
最后，将含有10～30μL SiO2/Au核壳结构微球和30～150μL CV分子的混合液滴滴加到超疏水滑移表面上，在70℃下蒸发，45min后液滴挥发完全。图11为空心微球缩聚后的光学成像，可以看出颗粒聚集在一起，数量在10到20个之间。
实施例五
将1mL，10×10-3mol/L的氯金酸溶液加入到50mL去离子水中，搅拌状态下煮沸15min，接下来一次性注入浓度为4mL，1％wt的柠檬酸钠水溶液，继续反应30min，冷却后获得胶体金纳米粒颗粒。接下来，将50mL，0.1％wt的空心SiO2微球水溶液与去50mL离子水混合，加入1mL，0.4％的APTMS水溶液，室温下搅拌混合24h，再在80℃下混合1h，得到氨基修饰的空心SiO2分散液。
在室温下，将10mL金纳米颗粒胶体溶液与4mL氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入 16mL去离子水，搅拌状态下使得金种子负载在空心球表面，获得空心SiO2/Au种子分散液。图3与4为空心球表面吸附Au种子后的不同分辨率SEM图，可以看出金纳米颗粒尺寸在20nm 左右，尺寸分布比较一致，金纳米颗粒通过静电吸附十分均匀地吸附在空心球表面。
将100mL去离子水、4mL，10×10-3mol/L的氯金酸溶液以及50mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置24h，获得金盐溶液。将4mL空心SiO2/Au种子分散液与10mL金盐溶液混合，加入0.3mL，0.1mol/L还原剂氯化羟胺，再加入50μL，0.1mM的硝酸银水溶液，反应3h后得到轻质空心SiO2/Au核壳结构。
室温条件下，将超疏水PTFE滤膜固定在表面光滑的玻璃片上，通过旋涂将氟聚醚润滑油在滤膜表面均匀涂覆，接下来将获得的滤膜转移到加热台上，在80℃条件下烘干30min，获得超疏水滑移表面。其中，PTFE滤膜孔径为0.1μm，厚度为70mm。旋涂工艺参数为：转速为600rpm，时间为60s，全氟聚醚润滑油的滴加量为5～10mL/cm2。
最后，将含有30～50μL SiO2/Au核壳结构微球和150～200μL CV分子的混合液滴滴加到超疏水滑移表面上，在70℃下蒸发，45min后液滴挥发完全，获得SERS衬底材料。图12为空心微球缩聚后的光学成像，可以看出颗粒聚集在一起，数量在1到10个之间。
2、轻质空心SiO2/Au核壳结构在结晶紫分子检测中的应用
采用实施例五中获得的轻质空心SiO2/Au核壳微球聚集体作为SERS衬底材料，对不同浓度的有机染料分子结晶紫进行检测，其浓度为10-8M-10-11M之间。为了突出轻质空心微球衬底的检测优势，采用如下两种传统测试方法进行对比：(1)金颗粒与CV分子的混合液滴在纯 PTFE表面蒸发，最后形成咖啡环；(2)金颗粒与探针分子的混合液滴在超疏水滑移表面，蒸干后形成微尺度咖啡环。SERS测试过程中，拉曼光谱仪镜头为100x物镜，激光波长为633nm，激光功率为0.5mW，激光光斑直径为1μm左右。
图13和14分别轻质空心球/Au核壳结构与探针分子挥发后的光学成像和荧光成像，CV分子浓度为10-10M，可以看出探测分子主要分布在空心球的边缘以及间隙区域，刚好处于电磁场热点区域。图15为三种衬底的信号强度和检出几率对比，可以看出空心球的信号强度最好， CV分子浓度为10-12M时，检出几率为100％，浓度为10-18M时仍然有10％左右的检出几率，而其他两种衬底最低检测限10-14M，并且检测几率很低。图16为空心微球衬底对于CV分子的拉曼曲线图，浓度低至10-18M时仍然可以检测到明显的拉曼特征峰，检测灵敏性十分突出。
3、轻质空心SiO2/Au核壳结构在保健品中非法添加剂西地那非分子检测中的应用
近年来，保健品逐渐受到人们的青睐，常见的保健品具有降压、降糖、抗疲劳、减肥以及增强免疫力等功能，但是由于监管不完善等原因，市场上许多保健品含有非法添加剂，对人体会产生很大危害。西地那非作为一种非法添加剂，经常被用于抗疲劳以及增强免疫力类型的保健品中，对人体心血管系统产生极大危害，严重时可致人死亡。本发明利用轻质空心SiO2/Au核壳结构SERS衬底对于微量西地那非分子进行检测，如图17所示，西地那非分子的拉曼特征峰位于1232cm-1、1399cm-1以及1581cm-1处，其最低检测限为0.01ppm，体现出优异的信号灵敏性。

Claims (9)

1.一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将浓度为10×10-3mol/L的氯金酸水溶液与去离子水混合，加热煮沸并进行搅拌至完全反应，接着注入浓度为1％wt的柠檬酸钠水溶液中继续搅拌直至完全反应，之后冷却获得金纳米粒颗粒胶体溶液；其中，氯金酸溶液、去离子水以及柠檬酸钠水溶液的体积比为1:50:(0.5～1):50:4；
步骤2，将空心SiO2水溶液与去离子水混合，之后加入浓度为0.4％的APTMS水溶液进行搅拌直至完全反应，之后进行离心提纯，获得氨基修饰的空心SiO2水分散液；其中，空心SiO2水溶液的浓度在0.1％wt～5％wt，空心SiO2水溶液、去离子水以及APTMS水溶液的体积比为50:50:1～50:50:10；
步骤3，室温下，将步骤1中的金纳米颗粒胶体溶液与步骤2中氨基修饰的空心SiO2分散液混合，加入一定量的去离子水，进行搅拌直至金纳米颗粒负载在空心球表面，最后获得空心SiO2/Au种子分散液；其中，金纳米颗粒胶体溶液、去离子水以及氨基修饰的空心SiO2分散液的体积比为1:8:2～10:8:2；
步骤4，将步骤3中的空心SiO2/Au种子分散液与金盐溶液混合，再加入还原剂氯化羟胺，反应得到轻质空心球/Au核壳结构；其中，氯化羟胺浓度为0.05mol/L～5mol/L，空心SiO2/Au种子分散液、金盐溶液以及氯化羟胺溶液的体积比为2：5：0.05～2：5：0.5。
2.根据权利要求1所述的一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，其特征在于，步骤1制备所得的金纳米颗粒直径为10～200nm。
3.根据权利要求1所述的一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述空心SiO2水溶液中的空心SiO2微球球径为1μm～200μm。
4.根据权利要求1所述的一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述金盐溶液是通过将100mL去离子水、4mL浓度为0.1×10-3mol/L～20×10-3mol/L的氯金酸水溶液以及10～100mg碳酸钾粉末在避光条件下混合静置直至完全反应所得。
5.根据权利要求1所述的一种轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法，其特征在于，步骤4中，在制备轻质空心球/Au核壳结构时，向混合液中加入银离子使得金壳生长更加致密；所述银离子为浓度0.1×10-3mol/L～10×10-3mol/L的硝酸银，其中，硝酸银的加入量为10μL～50μL。
6.一种轻质空心SiO2/Au核壳结构，其特征在于，通过权利要求1-5中任一项所述的轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法制备所得。
7.一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，在室温条件下，将具有超疏水性能的PTFE滤膜固定在玻璃载片上，之后将全氟聚醚润滑油均匀涂覆在滤膜表面，接下来将玻璃载片进行烘干，获得具有超疏水滑移表面的玻璃载片；
最后，将含有10μL～50μLSiO2/Au核壳结构微球和30μL～200μL染料分子结晶紫的混合液滴加到滑移表面上，之后加热蒸发直至滴液完全挥发，最终得到具有轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底，其中，所述SiO2/Au核壳结构微球是通过权利要求1-5中任一项所述的轻质空心SiO2/Au核壳结构的制备方法制备所得。
8.根据权利要求7所述的一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，其特征在于，所述具有超疏水性能的PTFE滤膜的孔径为0.1μm～0.5μm，厚度为10～100mm；所述全氟聚醚润滑油为含氟类高聚物润滑油，滴加量为0.1～10mL/cm2。
9.根据权利要求7所述的一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法，其特征在于，采用旋涂法将全氟聚醚润滑油均匀涂覆在滤膜表面，其中，旋涂工艺参数为：转速为300～1500rpm，时间在30s～5min。
CN201811447572.9A 2018-11-29 2018-11-29 一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法 Active CN109663927B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811447572.9A CN109663927B (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811447572.9A CN109663927B (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109663927A true CN109663927A (zh) 2019-04-23
CN109663927B CN109663927B (zh) 2020-08-18

Family

ID=66143396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811447572.9A Active CN109663927B (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109663927B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110763669A (zh) * 2019-10-28 2020-02-07 江苏师范大学 可抛型sers纸基底、其制备方法及应用
CN111364249A (zh) * 2020-03-25 2020-07-03 东华大学 一种自修复超疏水织物的制备方法
CN112044431A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 王海龙 一步法在非晶体纳米材料上负载金属纳米晶的方法
CN112595702A (zh) * 2020-12-22 2021-04-02 云南省烟草质量监督检测站 一种表面增强拉曼散射快速检测烟草中己唑醇的方法
CN112759279A (zh) * 2021-01-05 2021-05-07 武汉理工大学 一种玻璃微球基底sers传感器及其制备方法和应用
CN113092439A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 吉林大学重庆研究院 一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑sers衬底、加工方法及应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101049631A (zh) * 2007-05-16 2007-10-10 华东师范大学 一种纳米复合物二氧化硅－金属核壳粒子及其制备
CN102764618A (zh) * 2012-07-09 2012-11-07 东南大学 三层核壳结构金磁纳米颗粒的制备方法
CN105158229A (zh) * 2015-08-13 2015-12-16 南京理工大学 一种高灵敏性可循环表面增强拉曼光谱基底制备方法
CN105312558A (zh) * 2014-07-30 2016-02-10 苏州环球色谱有限责任公司 一种制备核壳型颗粒的方法及其制得的核壳型颗粒的用途
US20170045456A1 (en) * 2014-04-15 2017-02-16 Rutgers, The State University Of New Jersey Gold Nanostar Substrates for SERS Sensing in the Femtomolar Regime
CN106807942A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 上海交通大学 一种核壳结构纳米基质及其制备与应用
CN108192619A (zh) * 2018-01-23 2018-06-22 福州大学 一种金/二氧化硅核壳微结构与半导体量子点复合量子点发光薄膜的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101049631A (zh) * 2007-05-16 2007-10-10 华东师范大学 一种纳米复合物二氧化硅－金属核壳粒子及其制备
CN102764618A (zh) * 2012-07-09 2012-11-07 东南大学 三层核壳结构金磁纳米颗粒的制备方法
US20170045456A1 (en) * 2014-04-15 2017-02-16 Rutgers, The State University Of New Jersey Gold Nanostar Substrates for SERS Sensing in the Femtomolar Regime
CN105312558A (zh) * 2014-07-30 2016-02-10 苏州环球色谱有限责任公司 一种制备核壳型颗粒的方法及其制得的核壳型颗粒的用途
CN105158229A (zh) * 2015-08-13 2015-12-16 南京理工大学 一种高灵敏性可循环表面增强拉曼光谱基底制备方法
CN106807942A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 上海交通大学 一种核壳结构纳米基质及其制备与应用
CN108192619A (zh) * 2018-01-23 2018-06-22 福州大学 一种金/二氧化硅核壳微结构与半导体量子点复合量子点发光薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张东杰等: "基于液滴挥发的SERS 衬底性能研究", 《第十九届全国光散射学术会议-广州》 *
张宗绵等: "Au@SiO2 核壳结构-表面增强拉曼光谱原位检测食品中的酸性橙II", 《化学学报》 *
张明东: "核壳结构SiO2@Au纳米粒子的合成研究", 《硕士学位论文》 *
胡永红: "SiO 2 /Au 核壳结构纳米粒子的制备及表征", 《无机化学学报》 *
陈雷等: "二氧化硅—金核壳材料的制备与SEＲS 研究", 《吉林师范大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110763669A (zh) * 2019-10-28 2020-02-07 江苏师范大学 可抛型sers纸基底、其制备方法及应用
CN111364249A (zh) * 2020-03-25 2020-07-03 东华大学 一种自修复超疏水织物的制备方法
CN112044431A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 王海龙 一步法在非晶体纳米材料上负载金属纳米晶的方法
CN112595702A (zh) * 2020-12-22 2021-04-02 云南省烟草质量监督检测站 一种表面增强拉曼散射快速检测烟草中己唑醇的方法
CN112595702B (zh) * 2020-12-22 2024-06-11 云南省烟草质量监督检测站 一种表面增强拉曼散射快速检测烟草中己唑醇的方法
CN112759279A (zh) * 2021-01-05 2021-05-07 武汉理工大学 一种玻璃微球基底sers传感器及其制备方法和应用
CN112759279B (zh) * 2021-01-05 2022-12-16 武汉理工大学 一种玻璃微球基底sers传感器及其制备方法和应用
CN113092439A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 吉林大学重庆研究院 一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑sers衬底、加工方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN109663927B (zh) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109663927A (zh) 一种基于轻质空心SiO2/Au核壳结构的SERS衬底的制备方法
Zhang et al. Small and sharp triangular silver nanoplates synthesized utilizing tiny triangular nuclei and their excellent SERS activity for selective detection of thiram residue in soil
Huang et al. Chiral guanosine 5′-monophosphate-capped gold nanoflowers: Controllable synthesis, characterization, surface-enhanced Raman scattering activity, cellular imaging and photothermal therapy
Zou et al. Thermal stability of gold nanorods in an aqueous solution
Thatai et al. A new way in nanosensors: gold nanorods for sensing of Fe (III) ions in aqueous media
Sancı et al. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) studies on silver nanorod substrates
CN105866098B (zh) 一种Cu2O-Au复合微米粒子表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法
CN110735131A (zh) 一种金属基复眼碗结构的仿生sers基底及构筑方法与应用
Sakir et al. SERS-active hydrophobic substrates fabricated by surface growth of Cu nanostructures
Liu et al. Plasmonic property and stability of core-shell Au@ SiO 2 nanostructures
Long et al. Preparation of stable core–shell dye adsorbent Ag-coated silica nanospheres as a highly active surfaced-enhanced Raman scattering substrate for detection of Rhodamine 6G
Zeng et al. ZnO nanotower arrays decorated with cubic and tetrahedral shaped Ag-NPs as hybrid SERS-active substrates
CN104711314A (zh) 一种采用偏光显微镜观测纳米颗粒用于细胞成像的方法
Andrade et al. Easy preparation of gold nanostructures supported on a thiolated silica-gel for catalysis and latent fingerprint detection
Boote et al. One-pot synthesis of various Ag–Au bimetallic nanoparticles with tunable absorption properties at room temperature
CN102234507A (zh) 荧光二氧化硅纳米球的制备
CN109696428B (zh) 一种银纳米颗粒聚集增强异硫氰酸罗丹明b荧光强度的方法
Blanco-Formoso et al. Boosting the analytical properties of gold nanostars by single particle confinement into yolk porous silica shells
CN108152266B (zh) 一种基于聚多巴胺核壳材料及其制备方法和应用
Zhang et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy for environmental monitoring using gold clusters anchored on reduced graphene oxide
Trang et al. Hotspot-type silver-polymers grafted nanocellulose paper with analyte enrichment as flexible plasmonic sensors for highly sensitive SERS sensing
CN110907426B (zh) 一种氯金酸增强银十面体纳米粒子sers活性的方法
CN112823978A (zh) 一种银包覆金纳米星的制备方法
Kassim et al. Bottom-up colloidal synthesis of PMMA@ Au core–shell based metallodielectric photonic crystals as substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy
CN116482075A (zh) 一种具有拉曼活性三维疏水金银合金纳米衬底的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211103

Address after: Room 413, building 1, 111 Zhiye Road, Pudong New Area, Shanghai 200135

Patentee after: Shanghai Ruhai Instrument Equipment Co.,Ltd.

Address before: Beilin District Xianning West Road 710049, Shaanxi city of Xi'an province No. 28

Patentee before: XI'AN JIAOTONG University