新型膜修饰表面增强拉曼散射高灵敏度光极的研究

表面增强拉曼散射（SERS）是一种高灵敏光谱分析技术，依赖Au、Ag、Cu等贵金属纳米材料构建的SERS基底展开。SERS光极是指光纤一端（远端）构建有SERS基底，激光在光纤另一端（近端）导入，通过光纤传输激发远端SERS基底上的样品分子，所产生SERS信号沿同一光纤返回的传感器。SERS光极由于其结构特点非常适合遥感和现场分析。本课题拟采用层层（layer-by-layer）多次自组装贵金属纳米材料以构建SERS光极，研究光纤型号，不同形貌及材料纳米粒子，自组装粘合剂，以及加热、镀膜等后期处理对光极灵敏度、重现性和寿命的影响，获得优化条件，并探索各因素可能影响机制。在此基础上，课题以环境中Pb，Hg，Cd等重金属污染离子和多环芳烃等有机污染物为分析标靶，研究针对性富集或SERS识别的光极修饰膜，建立针对这些污染物质的高灵敏度定性、定量分析方法，从而为现场及遥感SERS分析建立基础。

表面增强拉曼散射（SERS）是一种高灵敏光谱分析技术，依赖贵金属（金、银、铜等）纳米材料构建的SERS 基底展开。不过，其增强机理还有很多需要阐明的空间，尤其是在涉及到二元金属基底的情况下。SERS 光极是指光纤一端（远端）构建有SERS 基底，激光在光纤另一端（近端）导入，通过光纤传输激发远端SERS 基底上的样品分子，所产生SERS 信号沿同一光纤返回的传感器。SERS 光极由于其结构特点非常适合遥感和现场分析。不过，目前来看SERS光极的研究进展依然有限。不仅缺乏高灵敏度、重复性和稳定性的光极，而且还难以真正实现对环境中具有重要意义的分析物如重金属离子等的传感分析。在2009年，我们首先证明了多次自组装贵金属纳米材料可以用于制备高灵敏度的SERS基底；在2010年，我们实现了在单模光纤表面自组装银纳米粒子制备SERS光极。不过，SERS光极的性能的影响因素还没有探讨，而且也未有用于环境污染物的应用报道。.本课题的创新点在于：1) 发现了光纤本身对SERS光极的灵敏度具有极大的影响，筛选出多模和相对小尺寸纤芯的光纤作为光极的承载材料；2) 首次发现了金银单元素和合金材料对不同的拉曼探针具有不同的响应；3) 找到了制备高稳定性和高灵敏度光纤的自组装工艺；4) 发现和制备了可以标识不同种类重金属存在的拉曼活性分子；5) 在光极表面上成功修饰了能够对重金属元素进行识别的拉曼探针并用于重金属镉的分析。此外，在基金的资助下，我们还探索了其它一些高灵敏度SERS基底的制备方法，如自组装-原位合成、真空沉积，并考察了这些SERS基底在环境监测中的一些应用。我们首次报道了棉签表面可以通过自组装-原位合成增大的方式转变成高灵敏度的SERS基底，并首次实现了对爆炸物的擦拭检测。我们还制备了柔性的SERS基底用于农产品表面农药残留的分析。我们认为，经过膜修饰的高灵敏度光极和具有可形变特征的SERS基底将会在今后的食品安全、环境监测和公共安全领域具有重要的应用。