人体皮肤纤维细胞远程拉曼光谱检测研究

在具有表面增强拉曼散射(SERS)基底的锥形光纤探针表面生长人体皮肤纤维细胞,研究了人体皮肤纤维细胞的远程拉曼光谱检测。采用熔融拉锥和化学腐蚀法制备锥形光纤探针,通过化学自组装法将金纳米颗粒固化于锥形光纤探针表面制备出SERS锥形光纤探针。将人体皮肤纤维细胞置于金溶胶培养基混合液中培养,并贴壁生长于SERS光纤探针表面;然后利用显微拉曼光谱仪通过远程检测得到人体皮肤纤维细胞的SERS光谱,并以直接测量方式得到吞金颗粒和未吞金颗粒细胞的SERS光谱。结合远程检测和直接检测结果分析得到人体皮肤纤维细胞拉曼光谱的峰位归属,以及各拉曼特征峰对应的细胞内部组分信息。利用锥形光纤探针能够深入组织内部实施远程检测,有助于在线SERS测量在生物医学研究和诊断中的应用。人体皮肤纤维细胞的拉曼谱检测为在体研究低功率激光对延迟伤口愈合的机理提供了一种手段。     

利用激光诱导化学沉积法制备锥形光纤SERS探针

实验研究了激光诱导化学沉积法(LICDM)制备锥形光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针及其SERS检测性能。结果表明,因不同角度光纤探针锥面出射光场分布不同,导致了LICDM在制备小锥角光纤探针时沉积纳米颗粒的困难,但是通过延长反应时间,利用银纳米颗粒的光散射效应可改善小角度光纤探针表面纳米颗粒的制备效果。实验利用100mW的诱导激光,在0.005mol/L反应液中,经60min沉积,制备出了不同锥角的光纤探针。对光纤探针的测试结果表明,锥角为8.2°的光纤探针所测得的SERS频移峰及其荧光背景的幅度最大,且该角度在不同SERS激发光功率下基本不变。     

Ag纳米粒子修饰多模光纤的拉曼增强特性实验

为了分析研究光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针 的拉曼增强特性,采用简单廉价的化学方法制备Ag纳米颗粒修饰 光纤SERS探针,采用罗丹明6G(R6G,Rhodamine 6G)作为探针分子进行了不同浓度R6G溶 液(10－7~10－9M)的拉曼测试实 验和浓度为10－6M的R6G溶液的Time-course SERS Mapping实验,研究了该光纤 SER S探针的拉曼增强特性,制备的光纤SERS 探针样品检测R6G的极限浓度低至10－9M;在Time-course SE RS Mapping实验中,分 析验证了探针分子溶液蒸发过程对光纤 SERS探针的拉曼增强特性的影响。研究表明,由于制备的光纤SERS探针对荧光噪声没有抑 制作用,导致所测得探针分子 的拉曼光谱受探针分子溶液状态、测试方式的极大影响。当溶液充足时(浸泡状态),所测 光谱信号荧光噪声与有效拉曼光 谱信号都比较大;在溶液干燥过程中,所测光谱信号荧光噪声与有效拉曼光谱信号都减少, 但荧光噪声减小幅度远大于拉曼光谱信号。     

基于球状光纤的表面增强拉曼散射探针

通过烧制光纤小球制备球状光纤探针,并通过自组装法使银纳米颗粒较为均匀地分布在光纤探针表面,经测量计算得到球状光纤探针上银纳米颗粒的增强因子为7.2×104。利用浓度为10-5 mol·L-1的罗丹明6G（R6G）溶液检测得到光纤小球直径在200 μm左右时SERS增强效果最佳,且在相同实验条件下,制备的球状光纤探针与锥柱组合型光纤探针的SERS增强效果基本一致。球状光纤探针制作工艺简单安全、灵敏度高且结构稳定,在分子检测方面具有很大的应用前景。     

基于表面增强拉曼光谱的光纤生化传感器

基于生化分子检测技术高灵敏度、小型化的需求,通过简单的管式腐蚀法制成一种锥柱组合型光纤探针,并通过相反的静电引力将银纳米颗粒结合到硅烷化的二氧化硅光纤探针表面。用罗丹明6G（R6G）溶液的检测极限来表征该光纤探针的活性和灵敏度,通过优化银纳米颗粒的自组装时间为30mins、光纤探针直径为62μm,制备出高灵敏度的光纤表面增强拉曼散射探针,远端检测R6G的检测极限可达到10-14Mol/L,银纳米颗粒的增强因子为1.36×104。因此,该光纤表面增强拉曼散射探针在分子检测方面有巨大的应用前景。     

组合锥型光纤SERS探针的理论设计与优化

对组合锥型光纤表面增强拉曼（SERS）探针的结构参数进行了设计与优化。通过建立描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型,结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理,给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法,在给定的光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下,进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。     

激光诱导液面自组装法制备光纤SERS探针及其农药残留检测应用

利用激光诱导液面自组装法制备金纳米棒光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针,探讨制备过程中激光诱导功率和诱导时间对探针灵敏度的影响。将优化条件下(70mW,7min)制备的光纤SERS探针与便携式拉曼光谱仪联用,实现福美双、甲基对硫磷两种农药残留的高灵敏度检测,检测灵敏度分别达到10-7 mol/L和5×10-7 mol/L。探针具有良好的SERS检测重复性,相对标准差小于6%。该激光诱导液面自组装法具有操作简单、成本低廉、探针制备时间短等优点,能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、批量制备;优化制备的光纤SERS探针在多种农药残留检测应用中展现出良好的应用前景。     

Fe~(3+)对植酸封端的金纳米颗粒SERS性能的影响

利用植酸(IP6)、柠檬酸三钠和硝酸银的氧化还原制备了银纳米粒子,基于银纳米粒子与氯金酸的置换反应制备了IP6封端的金纳米颗粒,研究了该纳米颗粒的粒径分布和组成,结果显示:该纳米颗粒的均匀性良好;通过合成表面增强拉曼散射(SERS)基底可以准确有效地检测拉曼探针,检测极限可以达到10~(-8) mol·L~(-1);当添加质量分数为0.28×10~(-6)～0.56×10~(-6)的Fe~(3+)时,IP6与Fe~(3+)形成的螯合物可以增加热点数,使SERS增强效果及检测灵敏度得到提升。     

蒸发过程对碳纳米管复合结构拉曼增强特性的影响

为了分析探针分子水溶液蒸发过程对三维基底的表面增强拉曼散射(SERS)特性的影响,利用磁控溅射和高温退火的方法制备了银纳米颗粒修饰垂直排列的碳纳米管阵列(Ag/CNTs)三维复合结构样品。采用time-course SERS mapping测试方法,分别以1μmol/L罗丹明6G(R6G)和10-2μmol/L孔雀石绿(MG)作为探针分子,进行了相应的实验。研究表明:随着蒸发时间逐渐增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱。分析其主要原因:探针分子溶液在蒸发过程中,由于毛细力的作用,引起探针分子与三维结构之间"热点"的变化,从而带来电磁场增强特性的变化;此外,聚焦深度和浓度的变化也影响拉曼信号。     

纳米薄膜基底对表面增强拉曼光谱检测环丙沙星的影响

基于金纳米颗粒薄膜基底和金纳米棒薄膜基底,使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术对环丙沙星（CIP）的含量进行了分析检测,为食品中CIP残留检测提供了新方法。通过使用柠檬酸钠还原氯金酸制备金纳米颗粒胶体,以及通过晶种生长法制备金纳米棒胶体,以应用于SERS增强基底。通过不同激发光波长对CIP进行SERS检测,确定了最佳激光波长为780 nm。使用校正集CIP标准溶液,建立CIP浓度-SERS信号强度的工作曲线,使用检验集样本观察工作曲线的预测能力。结果表明：使用金纳米颗粒基底进行CIP的SERS检测,回收率在97.1%～105.0%;使用金纳米棒基底进行SERS检测,回收率在96.3%～121.8%。因此,SERS在检测CIP抗生素领域具有高灵敏度、快速检测等优势。     

不同尺寸金纳米颗粒的制备及其SERS性能

为了研究不同尺寸的金纳米颗粒作为表面增强喇曼散射(SERS)活性基底对表面增强喇曼光谱的影响,采用氯金酸作为金源,柠檬酸三钠作为还原剂及保护剂,通过控制柠檬酸三钠的加入量合成了不同尺寸的金纳米颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计(UV-vis)等技术对金纳米颗粒进行了性质表征。利用喇曼光谱仪,以罗丹明B作为被检测探针,研究了三种不同尺寸的金纳米颗粒(20、50和100 nm)喇曼增强效果。通过喇曼光谱图发现20和50 nm的金纳米颗粒具有较好的SERS效果。随后以20 nm的金纳米颗粒为SERS活性基底,对表面增强喇曼光谱检测罗丹明B的检测限进行了研究,可以使罗丹明检测限灵敏度达到10-9 mol/L。     

C层包覆Ag纳米颗粒基底的表面增强拉曼散射研究

Ag纳米结构是最常用的表面增强拉曼散射(SERS) 活性基底,缺点是Ag的化学稳定性和 生物相容性比较差。为此,利用化学方法合成了一种新型的SERS活性基底—纳米碳层包覆的 Ag(Ag@C)纳米颗粒。利用透射电子显微镜(TEM)和紫外- 可见吸收光谱对制备的核壳结构纳米颗粒进行了表征,并研究了颗粒的SERS活性。结果表明 ,罗丹明6G(R6G)、结晶紫(CV)和孔雀石绿(MG)分子在Ag@C悬浮液中的SERS光谱强度 与在Ag胶中的SERS光谱强度相比显著增强。根据光谱 的变化规律推断,额外的增强来自于化学增强。由于C层的存在,相比于Ag纳米颗粒, Ag@C颗粒的化学稳定性和生物相容性都有所改进。     

纳米金修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射

研究了纳米金粒子修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射性能.通过FDTD理论模拟仿真了不同粒径纳米金颗粒的场强分布;并采用化学还原的方法制备出直径分别为20、40和60 nm三种不同粒径的金颗粒,然后将纳米金粒子修饰到有序定向的碳纳米管阵列表面,并将该结构作为表面增强拉曼基底.FDTD软件仿真结果表明,60 nm粒径的纳米金颗粒周围场强分布最强,是入射场场强的15倍.同时将罗丹明6G溶液用于测试几组不同尺寸的金颗粒对拉曼散射光强的影响,发现60 nm金颗粒对R6G拉曼信号增强最大.FDTD理论模拟仿真和罗丹明6G溶液实验测试结果表明:金颗粒尺寸在20～60 nm内,颗粒尺寸越大,拉曼散射光的光强越大.     

金颗粒为活性基底的裸鼠血清表面增强拉曼散射光谱分析

对肿瘤裸鼠血清进行显微共聚焦拉曼光谱测量,并将血清的普通拉曼光谱与以金纳米颗粒为基底的表面增强拉曼散射(SERS)光谱进行对比,结果表明金纳米粒子作为活性基底对裸鼠血清具有显著的拉曼增强作用,在很多常规拉曼光谱中未能检测出的信息在SERS光谱中得以体现。这源于血清中的物质与金纳米颗粒之间的化学吸附和相互作用,使得微量样品也能够通过SERS光谱来反映出血清中各种蛋白质、脂类、糖类、核酸以及其他成分的分子结构等信息。血清中各种成分的信息可以反映体内各种细胞和组织的生理代谢及病理变化,血清的SERS光谱将为疾病的诊断和治疗提供一种有效手段。     

基于R6G探针表面增强拉曼散射的pH传感

用金纳米粒子(Au NPs)作为基底,基于罗丹明6G(R6G)探针分子拉曼特征峰随pH的变化,构建了一种具有表面增强拉曼散射(SERS)信号输出的pH传感器。由于(闭)开环形式下存在的(去)质子化R6G分子吸附于增强基底表面的倾斜度取向不同,R6G在不同pH下表现出了不同的SERS活性。根据寻找到的R6G在1363 cm-1和1314 cm-1位置处的SERS光谱峰面积比与pH的线性关系,设计出pH传感器。实验结果表明:R6G的SERS信号在室温下可以稳定2 h以上;当样品溶液pH在7和3之间转换时,传感器表现出了较好的恢复性。在pH检测过程中引入其他金属阳离子后,该探针表现出了对H+较好的选择性。通过检测实际样品的pH发现,该探针的分析性能良好,适于在酸性介质中检测pH。     

修饰银纳米粒子的石墨烯泡沫镍衬底制备及其SERS活性研究

为了解决表面增强拉曼散射(SERS)衬底的吸附性差、稳定性低以及灵敏度不高的问题,设计了一种沉积银纳米粒子的石墨烯泡沫镍SERS衬底,并进行了实验研究.利用化学气相沉积法在泡沫镍衬底上生长石墨烯,并通过溶液沉积的方法将合成的银纳米粒子沉积在石墨烯泡沫镍衬底表面,烘干后制备成石墨烯泡沫镍修饰银纳米粒子的新型SERS衬底.采用罗丹明6G(R6G)对SERS衬底进行拉曼实验研究,结果表明石墨烯能够较好地淬灭SERS衬底的背景荧光;泡沫镍的独特三维结构能够增大衬底对检测分子的吸附;同时,银纳米粒子也可大幅增强衬底的SERS活性.而修饰了银纳米粒子的石墨烯泡沫镍新型衬底同时具有以上优异特性,是一种具有很大应用潜力的新型SERS衬底.     

自组装法制备团簇Ag纳米结构衬底及其SERS

采用自组装方法,在3-Aminopropyltrimethoxysilane(APS)分子修饰后的玻璃衬底表面,获得了二维Ag纳米结构衬底。在波长为532nm激光激发下,研究了沉积在衬底表面的Rhodamine 6G(Rh6G)分子的拉曼光谱特性。结果表明,制备的二维Ag纳米结构衬底具有强的拉曼增强特性,增强因子可以达到107倍。这说明,在外光场作用下,制备的Ag纳米结构衬底表面能够形成的强局部电磁场分布,可以有效提升探针分子的光谱辐射效率,从而获得高增强拉曼散射。     

多元等离子体共振纳米结构的飞秒激光加工与拉曼检测应用

以多元金属纳米薄膜(金、银)为基底,利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构,并研究了其局域表面等离子体共振效应(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)和表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)性能。利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)软件模拟了不同情况下(单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构)的电场分布情况。根据仿真结果,相较于平面金属膜来说,飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强,集中在结构边缘处,且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外,使用浓度为10-4 M和10-6 M的罗丹明(R6G)溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明,单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现,而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号,双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应,从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。     

一种基于光纤器件的表面增强拉曼散射光谱检测系统

报道了一种基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的结构简单、成本低的近红外拉曼光谱探测系统。该系统采用近红外半导体激光器作为激发光源。通过提高激发光源的输出背景抑制比,抑制激发光光纤传输产生的光纤拉曼信号,采用光纤型波分复用器滤除剩余激发光,利用光子计数模式的铟镓砷雪崩光电二极管作为探测器代替昂贵的近红外光电倍增管或近红外电荷耦合器件,实现了对4-胺苯并噻吩表面增强拉曼光谱的检测。该近红外光纤型检测系统具有结构简单、小型化、成本低廉以及远程检测等优势。     

银光栅/银纳米颗粒复合结构的光场增强研究

通过时域有限差分法模拟了银光栅/银纳米颗粒复合结构的消光光谱和分布于光栅槽底的银纳米颗粒周围的电场分布。光栅的周期显著影响光栅和纳米颗粒之间的耦合作用,复合结构的共振峰随周期的增加而红移;在不同激发波长下,纳米颗粒周围的电场随周期的变化呈现出不同的规律。为了考察这种复合结构在表面增强拉曼散射光谱(SERS)研究中作为基底时的增强效果,比较了复合结构在785,633,532nm激光激发下的光场增强随周期的变化规律,得到综合增强性能最优的光栅周期为520nm。为了进一步提高复合结构的光场增强效果,对光栅栅脊宽度进行了优化。在优化好光栅周期和栅脊宽度的基础上,从SERS基底化学稳定性的需求出发,仿真了在光栅表面添加4nm金膜层后的银-金光栅/银纳米颗粒复合结构的电场增强效果。