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福建師大盧玉棟教授團隊 CEJ:聚合物復(fù)合膜作為SERS基底材料 - 可回收且高度穩(wěn)定
2024-05-02  來源:高分子科技

  表面增強拉曼光譜(SERS)作為一種新興的分子水平檢測技術(shù),受到了研究者的廣泛關(guān)注。在基于SERS的研究中,具有拉曼增強效應(yīng)的基底材料起著至關(guān)重要的作用,同時也是該領(lǐng)域的研究熱點之一。膜材料由于其出色的均勻性、穩(wěn)定性和易修飾性,在SERS基底材料領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。然而,目前所報道的基于膜材料的SERS基底對一系列極端環(huán)境的適應(yīng)性有限例如在酸堿性溶液、高鹽溶液、腐蝕性溶液或極端溫度等環(huán)境中極易失活。此外,SERS基底材料因其固有的一次性產(chǎn)品特性而成為浪費高投資的代名詞。這些問題限制了SERS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,也增加了應(yīng)用成本。



  福建師范大學(xué)盧玉棟教授團隊在《Chemical Engineering Journal》上發(fā)表了題為“Polymer composite membranes as SERS substrate materials: Recyclable and highly stable”的研究論文,該研究設(shè)計并制備了一種基于環(huán)氧樹脂(EP)、纖維素紙(CP)和納米金屬顆粒雜化膜(Ag NPs@Au NPs)的超性能可重復(fù)利用的SERS基底材料。在該膜材料中,固化后的EP層因其優(yōu)異的物理和化學(xué)穩(wěn)定性成為有效的保護層,極大提高了基底材料的極端環(huán)境耐受性。同時EP層的光滑表面賦予了其可洗性和可回收性。實驗表明,該材料-80°C–100°CpH=1–13的酸堿溶液、高鹽溶液、腐蝕性溶液(氫氧化鈉溶液濃度≤ 0.1M;鹽酸溶液濃度≤ 3%)等復(fù)雜極端環(huán)境中仍具有穩(wěn)定的SERS性能。該材料不受保存環(huán)境影響,在室內(nèi)儲存344天后其SERS性能無明顯損失。此外,該材料在經(jīng)過6次回收利用后,仍然保持穩(wěn)定的SERS增強效果。可回收性不僅在一定程度上提高了SERS定量分析的準(zhǔn)確率,還有利于降低成本。對極端環(huán)境的卓越適應(yīng)能力則有望將SERS分析技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域擴展到更復(fù)雜的環(huán)境中,這標(biāo)志著未來一個極有潛力的研究方向。


 1aEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的合成路線。(bEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的組成。(c)環(huán)氧樹脂溶液的組成。(dEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的性能和優(yōu)勢。 


 2aAg NPs 溶膠和 Au NPs 溶膠的紫外吸收圖。(bAg NPs 溶膠和 Au NPs 溶液的粒徑分布圖。(c, dAu NPs 溶液的 TEM  e, fAg NPs 溶膠的 TEM 圖。 


 3 (a–c) Ag NPs@Au NPs/CPs的表面SEM圖。(d-fAg NPs@Au NPs/CPs的橫截面SEM圖。(gAg NPs@Au NPs/CPs的表面EDS表征。(hAg NPs@Au NPs/CPs的局部電磁場模擬圖。(i) Ag NPs@Au NPs/CP 的均勻性SERS 表征jAg NPs@Au NPs/CP 重現(xiàn)性 SERS 表征。 


 4 a) EP/Ag NPs@Au NPs/CP 和 Ag NPs@Au NPs/CP 的 FT-IR 表征。(bEP/Ag NPs@Au NPs/CP 和 Ag NPs@Au NPs/CP 的 XPS 表征。(c-dEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的橫截面 SEM 圖。(e–fEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的表面 SEM 圖。(gEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的橫截面 EDS 表征。(hEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的表面AFM表征。(iEP/ Ag NPs@Au NPs/CP的 DSC 表征。(jEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的均勻性SERS表征。(kEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的重現(xiàn)性SERS表征。(lR6G溶液的SERS檢測定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線。 


 5a–cEP/Ag NPs@Au NPs/CP 和 Ag NPs@Au NPs/CP 的保質(zhì)期探究。(d, fEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的耐溶劑性測試。(eEP/Ag NPs@Au NPs/CPs的回收過程。(g-hEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的有效回收次數(shù)測試。(i, lEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的耐堿腐蝕測試j-kEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的耐酸腐蝕測試。 


 6aEP/CPCP的力學(xué)性能測試。(b-cEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的耐溫性測試。(d-gEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的 pH 耐受性測試。(hEP/Ag NPs@Au NPs/CP 的耐鹽離子測試。


  考慮到環(huán)氧樹脂出色的物理和化學(xué)穩(wěn)定性,成功制備了一種適用于多種極端環(huán)境且能重復(fù)使用的聚合物復(fù)合SERS基底材料。采用“三相液-液界面自組裝法制備了納米金銀(Ag NPs@Au NPs)雜化膜,并將其轉(zhuǎn)移到纖維素紙上(CP)。以環(huán)氧樹脂(EP)作為膠粘劑和保護材料,將其涂覆在纖維素紙上,以產(chǎn)生復(fù)合SERS基底材料。EP的粘結(jié)作用使EPAg NPs@Au NPsCP三者無縫黏合,防止了金屬納米顆粒在使用過程中的脫落。固化后的EP層因其優(yōu)異的物理和化學(xué)穩(wěn)定性成為有效的保護層,極大提高了基底材料對極端環(huán)境的耐受性。同時,EP層的光滑表面賦予基底材料可洗性和可回收性。高穩(wěn)定性和可回收性的集成使這種SERS基底材料在化學(xué)生產(chǎn)過程或其他復(fù)雜環(huán)境的實時監(jiān)測和批量測試中展現(xiàn)出巨大的潛力。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151565


【第一作者介紹】

王浩楠,福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院碩士研究生,主要從事SERS基底材料制備及應(yīng)用研究。重點圍繞基于纖維素的SERS基底材料的開發(fā)及其在食品安全檢測和醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用。以第一作者身份在國際知名TOP期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文4SCI-Ⅰ)已授權(quán)國家專利3件,申請并公布發(fā)明專利2件。


【通訊作者介紹】

盧玉棟,福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院教授、博導(dǎo)。主要從事SERS 基底材料制備及探針構(gòu)建、微生物醫(yī)學(xué)診斷及生化分子分析等方面的研究。目前的研究方向:功能性SERS基底制備及SERS技術(shù)在化妝品功效評價、安全管控和醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用以第一作者或通訊作者身份發(fā)表SCI論文60,申請國家專利100余件,已授權(quán)50余件。

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