兰州大学叶为春教授课题组—嵌入式柔性SERS基底对孔雀石绿残留的多检测模式
近年来,柔性表面增强拉曼(SERS)基底受到极大关注,尤其面对表面污染残留物的检测,可直接擦拭检测,且无损或极小损伤。目前常用的有纸基、玻璃纤维、棉织布等,制备方法主要是将贵金属纳米粒子组装在柔性基质表面。然而由于贵金属粒子裸露在表面,缺乏必要的保护,擦拭检测后贵金属粒子易受到损害,仅一次性使用,难于重复使用,难于满足一些特殊的、恶劣环境(如抗超声破坏、强酸碱介质、高温低温环境)的应用需求。
图1: 嵌入式 Ag NWs@PDMS基底的制备示意图
嵌入式 Ag NWs@PDMS基底的制备方法如图1所示。其中制备1 cm2的成本仅为1元/人民币,制备75 mm × 25 mm的一块基底膜,除固化时间外只需1 min;Ag NWs的添加量可根据需要改变,无特殊要求。
按上述方法制备Ag NWs@PDMS基底,表现出疏水特性,接触角为125°;考察Ag NWs量对SERS性能的影响(如图2)。研究基底材料的耐韧性:连续超过30%的20次拉伸,超声180 min,不同pH值的HNO3浸泡3h以及置于不同工作温度(-20~80°C)等特殊条件,均保持高SERS活性及稳定性,这些表明该基底可面对特殊和恶劣环境下的SERS检测需求。基底表面涂有MG溶液,然后用乙醇-水清洗,经连续10次循环依然保持SERS性能的稳定。
图2: Ag NWs@PDMS的形貌及Ag NWs量对SERS性能的影响
针对果汁MG残留的检测,测得MG标准浓度的SERS谱图(图3),并由此得到峰强度与浓度的线性工作曲线,线性范围为0.5~1000 μM ,LOD为10 nM;研究其抗干扰性。在实际样品(梨和苹果汁)的检测中,获得满意的回收率。
图3:针对液滴检测:不同浓度的SERS谱图、线性曲线及抗干扰性
针对果皮表面MG残留,采用擦拭法收集检测。获得峰强度与MG浓度的线性工作曲线:0.15~30 μg/cm2,LOD为3 ng/cm2;用乙醇清洗后可5次循环使用(图4)。便携式检测应用:食指滴有一滴10-2 M MG,然后连续在10个表面按压,发现第10次按压后,应用便携式拉曼光谱仪(785 nm)依然能测得MG的特征峰,为刑侦侦查提供可行性。
图4: 针对表面擦拭SERS检测的研究
综上,为开发柔性、有韧性、能满足特殊环境的检测需求,该工作制备了低成本的嵌入式Ag NWs@PDMS基底,具有强韧性、抗超声和酸腐蚀及宽的工作温度,还可重复循环使用。不仅应用于果汁MG残留的定量检测,还用于果皮MG残留的表面擦拭检测;结合便携式拉曼光谱仪,快速测定指纹残留信号,为刑侦工作提供便利。
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兰州大学叶为春课题组简介
文章信息
这一成果以“Durable and flexible Ag-nanowire-embedded PDMS films for the recyclable swabbing detection of malachite green residue in fruits and fingerprints”为题发表在Sensors and Actuators B: Chemical上。兰州大学叶为春教授为论文通讯作者。
文章链接https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130602