与硅衬底上的金纳米阵列相比,由于金颗粒之间活性位点的间距和阵列结构动态可控,该密排阵列展现出更强的SERS活性效应。SERS性能检测结果表明,使用水凝胶膜@密排金纳米颗粒阵列作为基底检测苋菜红溶液(10-4 M)的SERS光谱信号强度约为负载金纳米颗粒的硅片测得信号强度的两倍,这是因为水凝胶膜表面的金纳米颗粒阵列缺陷很少,而直接滴加在硅片上的金纳米颗粒溶液干燥后纳米颗粒随机排布,会形成大量空位,因此水凝胶膜@密排金纳米颗粒阵列表面的SERS热点密度更大。另一方面,在检测溶液滴加到水凝胶膜@密排金纳米颗粒阵列上进行制样的过程中,水凝胶膜发生的溶胀收缩效应使得更多检测分子可以进入具有最佳电磁场增强效应的纳米颗粒间隙位置,放大检测分子的SERS信号,检测极限浓度可低至10-8 M的苋菜红溶液(图3b-d)。
进一步分析100×100 μm2内水凝胶膜@密排金纳米颗粒阵列基底对苋菜红SERS检测光谱强度面分布图(图3e),图中的每个像素点的不同颜色代表测试位点测得SERS光谱1364 cm-1特征峰的强度大小,均匀的颜色分布表明该阵列基底具有良好的SERS信号均匀性,这归因于金纳米颗粒阵列大面积的均匀有序结构。此外,为了研究水凝胶膜@密排金纳米颗粒阵列用作SERS基底的信号可重复性,研究人员从5个不同批次的基底上各随机选择8个点,测试比较其SERS光谱,发现不同批次制得的阵列基底对探针分子拉曼信号的增强效果基本相同,信号强度的相对标准偏差(8.1%)小于10%(图3f-g),这表明水凝胶膜@密排金纳米颗粒阵列基底具有优异的SERS信号可再现性。
图3. 水凝胶负载金纳米颗粒有序阵列的动态高活性SERS性能。
上述研究结果表明,这种水凝胶薄膜负载密排金纳米颗粒阵列是一种优良动态可控的SERS基底,可以用于SERS技术的实际检测。此外,该水凝胶收缩辅助的静电自组装方法有助于保证阵列的有序性和完整性,给构建基于等离子体纳米颗粒阵列/水凝胶复合材料的高性能器件提供了新思路。
以上研究工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发专项等项目的资助。
文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admi.202101055。