Bu protokol, yüzeyde geliştirilmiş Raman saçılımı için esnek bir alt tabaka için bir üretim yöntemini açıklar. Bu yöntem, düşük konsantrasyonlarda R6G ve Thiram’ın başarılı bir şekilde tespit edilmesinde kullanılmıştır.
Bu makale, Yüzeyde Geliştirilmiş Raman Saçılımı (SERS) için tasarlanmış esnek bir alt tabaka için bir üretim yöntemi sunar. Gümüş nanopartiküller (AgNP’ler), gümüş nitrat (AgNO3) ve amonyak içeren bir kompleksleşme reaksiyonu yoluyla sentezlendi, ardından glikoz kullanılarak indirgendi. Ortaya çıkan AgNP’ler, 20 nm ila 50 nm arasında değişen tek tip bir boyut dağılımı sergiledi. Daha sonra, oksijen plazması ile yüzey muamelesi görmüş bir PDMS substratını modifiye etmek için 3-aminopropil trietoksisilan (APTES) kullanıldı. Bu işlem, AgNP’lerin alt tabakaya kendi kendine montajını kolaylaştırdı. Çeşitli deneysel koşulların substrat performansı üzerindeki etkisinin sistematik bir değerlendirmesi, mükemmel performansa ve Gelişmiş Faktöre (EF) sahip bir SERS substratının geliştirilmesine yol açtı. Bu substrat kullanılarak, R6G (Rhodamine 6G) için 10-10 M ve Thiram için 10-8 M’lik etkileyici tespit limitleri elde edildi. Substrat, elmalardaki pestisit kalıntılarını tespit etmek için başarıyla kullanıldı ve oldukça tatmin edici sonuçlar verdi. Esnek SERS alt tabakası, karmaşık senaryolarda algılama da dahil olmak üzere gerçek dünya uygulamaları için büyük bir potansiyel gösterir.
Yüzeyde Geliştirilmiş Raman Saçılımı (SERS), bir Raman saçılımı türü olarak, yüksek hassasiyet ve hassas algılama koşullarının avantajlarını sunar ve hatta tek molekül algılaması 1,2,3,4 elde edebilir. Altın ve gümüş gibi metal nanoyapılar, madde tespitini sağlamak için tipik olarak SERS substratları olarak kullanılır 5,6. Nanoyapılı yüzeylerde elektromanyetik kuplaj geliştirme, SERS uygulamalarında önemli bir rol oynar. Farklı boyutlara, şekillere, parçacıklar arası mesafelere ve bileşimlere sahip metalik nanoyapılar, lokalize yüzey plazmon rezonansları 7,8 nedeniyle yoğun elektromanyetik alanlar üreten çok sayıda “sıcak nokta” oluşturmak için bir araya gelebilir. Birçok çalışma, SERS substratları olarak farklı morfolojilere sahip metal nanopartiküller geliştirmiş ve bunların SERS geliştirmesineulaşmadaki etkinliklerini göstermiştir 9,10.
Esnek SERS alt tabakaları, kavisli yüzeylerde doğrudan algılamayı kolaylaştırmak için esnek alt tabakalar üzerinde biriken SERS etkileri üretebilen nanoyapılar ile geniş uygulamalar bulur. Esnek SERS substratları, düzensiz, düzlemsel olmayan veya kavisli yüzeylerde analitleri tespit etmek ve toplamak için kullanılır. Yaygın esnek SERS substratları arasında lifler, polimer filmler ve grafen oksit filmler11,12,13,14 bulunur. Bunlar arasında polidimetilsiloksan (PDMS) en yaygın kullanılan polimer malzemelerden biridir ve yüksek şeffaflık, yüksek çekme mukavemeti, kimyasal stabilite, toksik olmama ve yapışma gibi avantajlar sunar15,16,17. PDMS’nin düşük bir Raman kesiti vardır, bu da Raman sinyali üzerindeki etkisini ihmal edilebilirhale getirir 18. PDMS prepolimeri sıvı formda olduğundan, ısı veya ışıkla kürlenebilir, bu da yüksek derecede kontrol edilebilirlik ve rahatlık sağlar. PDMS bazlı SERS substratları, önceki çalışmalarda örnek performansa sahip farklı biyokimyasal maddeleri tespit etmek için çeşitli metal nanopartikülleri gömmek için kullanılmış olan nispeten yaygın esnek SERS substratlarıdır19,20.
SERS substratlarının hazırlanmasında, nanogap yapılarının imalatı çok önemlidir. Fiziksel biriktirme teknolojisi, yüksek ölçeklenebilirlik, tekdüzelik ve tekrarlanabilirlik gibi avantajlar sunar, ancak tipik olarak iyi vakum koşulları ve özel ekipman gerektirir ve bu da pratik uygulamalarını sınırlar21. Ek olarak, birkaç nanometre ölçeğinde nanoyapılar üretmek, geleneksel biriktirme teknikleriyle zor olmaya devam etmektedir22. Sonuç olarak, kimyasal yöntemlerle sentezlenen nanopartiküller, çeşitli etkileşimler yoluyla esnek şeffaf filmler üzerine adsorbe edilebilir ve bu da metalik yapıların nano ölçekte kendi kendine birleşmesini kolaylaştırır. Başarılı adsorpsiyonu sağlamak için, yüzey hidrofilikliğini değiştirmek için film yüzeyi fiziksel veya kimyasal olarak değiştirilerek etkileşimler ayarlanabilir23. Gümüş nanopartiküller, altın nanopartiküllere kıyasla daha iyi SERS performansı sergiler, ancak kararsızlıkları, özellikle havadaki oksidasyona duyarlılıkları, substrat performansını etkileyen SERS Geliştirme Faktöründe (EF) hızlı bir düşüşe neden olur24. Bu nedenle, kararlı bir parçacık yöntemi geliştirmek esastır.
Pestisit kalıntılarının varlığı büyük ilgi görmüştür ve tarlada gıdalardaki çeşitli tehlikeli kimyasal sınıflarını hızlı bir şekilde tespit edebilen ve tanımlayabilen sağlam yöntemlere acil bir ihtiyaç yaratmıştır25,26. Esnek SERS substratları, pratik uygulamalarda, özellikle gıda güvenliği alanında benzersiz avantajlar sunar. Bu makale, sentezlenmiş glikoz kaplı gümüş nanopartikülleri (AgNP’ler) bir PDMS substratına bağlayarak esnek bir SERS substratı hazırlamak için bir yöntem sunmaktadır (Şekil 1). Glikozun varlığı, AgNP’leri koruyarak havadaki gümüş oksidasyonunu azaltır. Substrat, Rhodamine 6G’yi (R6G) 10-10 M kadar düşük ve pestisit Thiram’ı 10-8 M kadar düşük ve iyi bir homojenlik ile tespit edebilen mükemmel algılama performansı gösterir. Ayrıca, esnek alt tabaka, çok sayıda potansiyel uygulama senaryosu ile yapıştırma ve numune alma yoluyla tespit için kullanılabilir.
Bu çalışmada, AgNP’leri kimyasal modifikasyon yoluyla PDMS’ye bağlayan ve mükemmel performans sağlayan esnek bir SERS substratı tanıtıldı. Partikül sentezi sırasında, özellikle gümüş amonyak kompleksi sentezinde (adım 1.2), çözeltinin rengi çok önemli bir rol oynar. Damla damla çok fazla amonyak suyu eklemek, AgNP’lerin sentez kalitesini olumsuz yönde etkileyebilir ve potansiyel olarak başarısız tespit sonuçlarına yol açabilir. Sentez işlemi sırasında substrat modifikasyonuna (adım 2.2) …
The authors have nothing to disclose.
Araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No. 61974004 ve 61931018) ve Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (Hibe No. 2021YFB3200100) tarafından desteklenmektedir. Çalışma, elektron mikroskoplarına erişim sağladığı için Pekin Üniversitesi Elektron Mikroskobu Laboratuvarı’nı kabul ediyor. Ek olarak, araştırma, Raman ölçümlerindeki yardımları için Ying Cui’ye ve Pekin Üniversitesi Dünya ve Uzay Bilimleri Okulu’na teşekkür ediyor.
Ammonia (NH3.H2O, 25%) | Beijing Chemical Works | ||
APTES (98%) | Beyotime | ST1087 | |
BD-20AC Laboratory Chrona Treater | Electro-Technic Products Inc. | 12051A | |
D-glucose | Beijing Chemical Works | ||
Environmental Scanning electron microscope (ESEM) | FEI | QUANTA 250 | |
Raman microscope | Horiba JY | LabRAM HR Evolution | |
Rhodamine 6G | Beijing Chemical Works | ||
Silicone Elastomer Base and Silicone Elastomer Curing Agent | Dow Corning Corporation | SYLGARD 184 | |
Silver nitrate | Beijing Chemical Works | ||
Thiram (C6H12N2S2, 99.9%) | Beijing Chemical Works |