[发明专利]一种聚集态银纳米颗粒的柔性水凝胶SERS芯片

说明书

本发明属于表面增强拉曼基底制备领域，具体涉及一种聚集态银纳米颗粒的柔性水凝胶SERS芯片，其是由单层碳基点包裹的银纳米颗粒聚集成聚集形态银纳米材料（a‑AgNPs/CDs），随后将其嵌入聚乙烯醇溶液（PVA）中，通过物理交联的方法使其成胶。本发明制备方法简单便捷，无污染，且技术要求低，具有很强可操作性，该柔性水凝胶表面增强拉曼散射芯片可以应用于实际样品，无需任何复杂的预处理，具有良好的表面增强拉曼活性，可用于某些环境污染物、非法食品添加剂的检测。

技术领域

本发明属于表面增强拉曼基底制备领域，具体涉及一种单层碳基点覆盖的聚集银纳米粒子，并与水凝胶杂交以制备新型水凝胶表面增强拉曼散射芯片的制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射是一种发展中的分析技术，可以极大地放大吸收在某些特殊基底材料上的分析物的拉曼光谱信号。表面增强拉曼散射分析具有响应快、指纹信息丰富、灵敏度高、检测范围广、前处理简单等优点，在生物组织、食品安全、环境检测、药物分析等诸多领域显示出巨大的应用潜力。然而，由于表面增强拉曼散射基底的限制，距离这种新型传感技术的广泛普及还有一定距离。总的来说，目前大多数表面增强拉曼散射基底都存在以下问题：1) 难以兼顾高灵敏度和长期稳定性。新鲜银纳米结构通常表现出比金纳米材料更好的表面增强拉曼散射活性，但稳定性较差，限制了它们作为表面增强拉曼散射基底的应用。2) 目前的表面增强拉曼散射基底是在固态或液态下制造的。通常，固态表面增强拉曼散射基板由于易于操作而比液态更受欢迎。 然而，由于表面增强拉曼散射活性纳米粒子的均匀分布和众所周知的“咖啡环”效应，大多数固态表面增强拉曼散射基底显示出较差的重复性。3）更糟糕的是，目前的表面增强拉曼散射基底克服来自真实样品的干扰是一个很大的挑战。 因此，开发新的、更合理的表面增强拉曼散射基底对于促进表面增强拉曼散射的应用是非常紧迫的。

水凝胶作为一种新型的包封材料，是具有三维层次结构的交联聚合物网络，能够保留大量水分。在众多水凝胶中，聚乙烯醇是一种柔韧且稳定的有机聚合物，用于医药、水净化和储能等领域。最近，水凝胶也被应用于表面增强拉曼散射基底以提高稳定性和可重复性。 受此启发，我们通过在聚乙烯醇水凝胶中嵌入单层碳基点覆盖聚集的银纳米粒子开发了一种新型水凝胶 表面增强拉曼散射芯片。所获得的水凝胶表面增强拉曼散射芯片与传统的表面增强拉曼散射基底相比具有许多明显的优势：这些显着优势为水凝胶表面增强拉曼散射芯片在表面增强拉曼散射传感中提供了巨大的应用潜力。例如，我们使用水凝胶表面增强拉曼散射芯片检测了包括豆浆在内的各种真实样品中的痕量福美双和2-(4-噻唑基)苯并咪唑 (TBZ)。

发明内容

本发明的目的在于针对现有材料的不足，提供一种水凝胶表面增强拉曼散射芯片及其制备方法，该方法操作简单、成本低廉，所获得的水凝胶表面增强拉曼散射芯片材料具有良好的表面增强拉曼活性，可用于某些环境污染物、非法食品添加剂的检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚集态银纳米颗粒的柔性水凝胶SERS芯片，其是由单层碳基点包裹的银纳米颗粒聚集成聚集形态银纳米材料（a-AgNPs/CDs），随后将其嵌入聚乙烯醇溶液（PVA）中，通过物理交联的方法使其成胶。

其制备方法包括以下步骤：

1）将聚乙烯醇分散在去离子水中，并在90℃水浴下搅拌，得均匀的聚乙烯醇溶液；

2）再向步骤1）所得聚乙烯醇溶液中加入单层碳基点覆盖的聚集态银纳米材料a-AgNPs/CDs，并在室温下搅拌30 min；

3）将步骤2）所得混合溶液转移到以0.1- 100 mm厚度为介质的玻璃模具中，并在-24℃和室温下循环冷冻解冻；

4）将步骤3）所得模具解冻后既得水凝胶表面增强拉曼散射芯片。

步骤1）中所述加入聚乙烯醇的质量为1.0 g~2.2 g，所述去离子水的体积为8.8mL~10.8 mL；聚乙烯醇的浓度为83 mg/mL~183 mg/mL。