金纳米SERS芯片 |
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【关键词】: 金纳米SERS芯片 **章背景介绍 SERS技术 表面增强拉曼技术(Surface Enhanced Raman Spectroscopy;SERS) 通过贵金属(金或银) 纳米结构的电磁场增强效应,将吸附于SERS基底上的目标分子的拉曼信号放大百万倍以上,从而实现多种物质痕量检测。其浓度检测范围一般为ppb~ppm级别。 目前SERS痕量检测技术已发展成为食品安全快速检测必备技术。同时SERS技术还广泛应用于环境检测, 公共安全, 生物医药及科研领域。 拉曼效应 拉曼效应指物质分子由于运动而吸收光能,随后通过再辐射向四周散射光能。拉曼散射中辐射光与入射光(吸收光)能量不同,其差值表达了物质分子的结构特征。拉曼效应存在于一切分子中,无论气体,液体或固体,其散射频率一般是分子内部振动或转动频率。类似于每个人都有不同于他人的指纹,每一种物质(分子)有自己的特征拉曼光谱,因之人们可以根据物质的拉曼谱图鉴定这一物质。目前全球范围内已收集了超过9000种物质的拉曼谱图。 SERS光谱VS拉曼光谱 物质的常规拉曼信号较弱,需要一定数量才能够被检测(至少肉眼可见)。而SERS技术能极大的放大物质分子的拉曼信号, 少数分子即可产生足够的信号,因此是一种痕量分析技术。 SERS基底 SERS技术的核心是SERS增强基底, 不同纳米结构的SERS基底增强目标分子拉曼信号的能力不同。通过调控基底的组成、形状、尺寸、间距和聚集方式等可以优化优化基底的SERS增强活性。 W SER-3芯片基底 均匀性优异:同一芯片不同区域点, 标准偏差(relative standard deviation; RSD)在10%以内 SERS活性高:芯片的增强能力(Enhanced Factor) EF> 10 保质期长:使用周期大于180d 可定制化:可依据顾客需求,设计产品的结构、表面状态及外观尺寸 芯片规格 尺寸 25mm*75mm 活性区域 5mm*5mm 活性材料 Au 重复使用 否 激发波长 633nm/785nm 激光功率 ≤500mW 最小样品量 2uL 保质期 180d 包装:5片/盒 第二章SERS芯片使用流程及注意事项 SERS检测 检测包括:1)样品前处理,提取复杂介质中的目标物质,并尽可能排除干扰物质; 2) 将目标物质通过化学/物理吸附, 负载于SERS基底表面:3) 在微拉曼仪的激发光下, SERS基底将目标分子的拉曼信号放大, 回馈微拉曼仪, 并通过仪器自动识别,分辨目标分子。 标准检测流程 1.打开外包装,取出置于塑料盒中保护的芯片; 2.注意不让芯片活性区域接触任何物质表面,否则极有可能造成污染; 3.载入样品,可选择滴加、旋涂或浸泡; 4.待芯片晾干后,进行测试。 注意事项 1.接触芯片请配带手套; 2.保持周围环境干净; 3.切忌接触或刮擦活性区域; 4.高的空气湿度会加大表面污染的概率; 5.空气中不能有污染性气体; 6.芯片不可回收。 7.测试参数选择将影响测试结果。待测试参数(激光功率,积分时间,上样方式等)**化后,选择同样的测试参数,可获得可重复的结果。 加样方式 滴加:用移液枪在SERS活性区域滴加5uL左右(可自行设定) 样品溶液, 待溶剂挥发干后, 进行SERS光谱采集。可通过适当加热(10min) 后取出, 用溶剂冲洗后晾干,随后进行检测。相对而言,通过浸泡方式加样,所获得的检测结果重现性较高。 参数选择 1.焦距:为确保激光焦平面在样品表面,可用X-Y-Z三维平台进行聚焦,或选取固定焦距配件进行聚焦。 2.功率:激光功率选取与激光斑点尺寸有关,原则上激光功率密度不高于1600W/cm²,相对于785nm激光,当激光点直径为150um时,可选择不超过400mW功率。若激光功率太高,易使目标分子发生碳化。 3.积分时间:提高积分可以提高样品信号,但同时也会增加基底背景及荧光背景。 4.积分次数:提高积分次数可增加信噪比,但也增加样品碳化几率。 储存 1.氮气气氛下保存(可放置大于180天) 2.室温储存,至于干燥环境中(保干器); 3.有效期内使用, 否则其SERS活性会显著下降。 常见问题 1.SERS芯片适用哪种拉曼仪? SERS基底材料为Au, 因此可选择激光波长为633nm及785nm的拉曼检测仪。 2.如何知道目标分子为拉曼活性的? 可事先通过查阅文献资料获得,或来电咨询本公司技术人员获取参考意见。 3.基底活性降低是什么原因?如何避免? 基底由于缓慢氧化会导致SERS活性持续降低, 通常可将芯片放入氮气气氛下储存,以减缓活性区域的氧化速度。但这种氧化不可避免,只能尽量减缓。因此建议尽早使用芯片,以获得更佳的使用效果。 4.芯片基底可以重复使用吗? 不可以。在检测过程中, 目标分子会与芯片基底发生强吸附以获得更好的SERS响应。测试结束后,若要将分子解吸附,需进行较为激烈的处理。通常这些处理均会对芯片原有结构造成不可预期的破坏, 因此不建议用户重复使用SERS芯片基底。 第三章结构参数及应用实例 1.SERS活性 A)增强因子(EF) EF定义为相同数量物质分子的SERS信号与常规拉曼信号强度之比, 表示为: 其中I urf和Ib uk分别为表面和溶液相分子某个振动的积分强度, Nuri和Nb uk分别对应于同一入射光束下表面吸附的分子数和体相的分子数。经过计算, 天际创新SERS芯片对1mM吡啶分子的SERS增强为5×108。另一方面, 天际创新SERS芯片粒子间距~2nm, 理论计算也表明其SERS增强EF>108。 B) 检测限(Limit of Detection, LOD) 指由基质空白所产生的仪器背景信号的3倍值的相应量,或者以基质空白产生的背景信号平均值加上3倍的均数标准差。 2.均匀性 为了表征整个SERS基底的均一性, 对基底进行大区域的拉曼成像。成像范围为4.98*4.56mm,数据点共计25232=166*152,步长为30um。探针分子为浓度1uM的4,4-联吡啶,选择1291cm处拉曼峰的峰强度进行拉曼成像,成像的结果如下。其中, 黄色为SERS基底中间区域, 蓝色对应的是SERS基底的边缘区域, 黑色为SERS基底之外的空白的区域。从拉曼的成像结果可以看出, 合成的SERS基底较为均匀, RSD |
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