一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及表面增强拉曼基底制备技术领域，尤其涉及一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法及应用，其是由海藻酸钠水凝胶包覆银纳米粒子形成的柔性SERS基底。本发明专利技术由乙酸触发钙

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及表面增强拉曼基底制备
，尤其涉及一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]拉曼光谱是一种基于光子的非弹性散射现象，由于其具有独特的光谱指纹性、原位、无损、实时监测的特点，近些年来，拉曼光谱被广泛用于化学反应的动态监测、农残的高灵敏鉴别、生物医学领域中疾病标志物的检测等领域。但目标物的拉曼散射截面通常比较小，导致其拉曼信号非常弱。表面增强拉曼散射(SERS)使位于金属表面附近分子的拉曼强度显著增加，由于表面等离子体激元的集体振荡在金属表面产生增强的局域电磁场，分子的非弹性拉曼散射效应可被显著放大。为了实现拉曼信号的高度增强和提高分析灵敏度，已经开发出多种SERS活性基底和纳米颗粒，以提供更高的增强因子。
[0003]尽管SERS技术是检测小分子结构的一种良好策略，但现有的SERS活性基底不能直接、选择性地获取复杂样品(如生物体液、食品、药品和环境液体)中目标物的拉曼信号。主要原因如下：(1)作为拉曼增强基底的贵金属表面容易受到各种蛋白质或细胞的污染，因此使用SERS活性基底直接检测血液或唾液中低浓度的目标物是非常困难的。(2)未知材料的不可逆吸附限制了目标小分子与金属表面的接触，从而导致拉曼信号的增强效应微乎其微。为了有选择地允许待测小分子到达金属表面，同时排除大分子蛋白质和细胞，金属表面通常采用具有选择透过性的膜进行屏蔽。虽然膜在一定程度上能够控制待测分子的选择性渗透，但低效率的原位粒子形成和低均匀性的包覆导致较差的SERS活性和检测重复性。
[0004]近些年来，含有金纳米颗粒的水凝胶由于具有均一的网状结构，可以用来排除大分子蛋白和细胞杂质等，实现复杂样本中目标小分子的直接检测。例如，Shin
‑
HyunKim团队发展了一种微流控方法制备基于水凝胶微球的SERS活性基底，实现了尺寸选择功能。东北大学的徐教授等人采用离心微流体方法合成了含有金纳米颗粒的水凝胶微粒子，该微粒子尺寸均一，可以阻止大分子的进入，能够实现对于生物体液中小分子的直接检测。然而，这些方法需要使用精密仪器进行复杂操作，此外，还涉及有机试剂冲洗残余油的过程。由于油相和有机试剂的潜在污染，可能会造成SERS检测的干扰，影响目标物的准确测定。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法及应用，该制备方法具有简单省时、经济易得、“无油”干扰的特点，无需繁杂的样品前处理步骤，能够实现牛奶中三聚氰胺的直接、可靠检测。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法，具体步骤如下：
[0008]S1、海藻酸钠水凝胶的快速均匀合成：将氯化钙(CaCl2)溶液和乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)溶液按等摩尔比混合，得到钙
‑
乙二胺四乙酸(Ca
‑
EDTA)复合溶液；接着，采用浓度
是0.05M的氢氧化钠溶液将钙
‑
乙二胺四乙酸复合溶液的pH调至中性后，与海藻酸钠溶液按等摩尔比混合得到前体溶液，在前体溶液中逐滴加入乙酸，交联一段时间后，形成均匀的海藻酸钠水凝胶。
[0009]S2、负载银纳米粒子的海藻酸钠水凝胶柔性SERS基底的制备方法：采用柠檬酸钠加热还原法合成银纳米粒子，将步骤S1中得到的海藻酸钠水凝胶前体溶液与银纳米粒子溶液按一定比例混合，得到混合溶液，再在该混合溶液中逐滴加入6μL乙酸，交联50s后，形成负载银纳米粒子的海藻酸钠水凝胶柔性SERS基底。
[0010]优选地，在步骤S1中，氯化钙溶液和钙
‑
乙二胺四乙酸复合物溶液的浓度均是0.3M，所用海藻酸钠溶液的质量分数是1％。
[0011]优选地，在步骤S1中，所用乙酸的体积是6μL，交联时间是50s
[0012]优选地，在步骤S2中，海藻酸钠水凝胶前体溶液与银纳米粒子溶液的体积比是1：4。
[0013]本专利技术还提供了一种采用上述的制备方法获得的水凝胶柔性SERS基底在三聚氰胺检测中的应用。
[0014]优选地，具体步骤为：将制备好的水凝胶柔性SERS基底分别平行浸泡在1mL不同浓度的三聚氰胺溶液中，于室温下在涡旋振动器中反应2h后进行SERS检测；所用激发波长是633nm，积分时间是10s，积分次数是1次；将682cm
‑1处的SERS峰强值与三聚氰胺浓度建立关系，得到线性回归方程y＝3973.7+450.3x，相关系数R2是0.948；然后，将待测三聚氰胺溶液按上述步骤操作，测定相应的SERS光谱，将SERS谱峰在682cm
‑1处的强度值代入上述线性回归方程中，即可得到待测样品的浓度。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]1、本专利技术采用乙酸触发海藻酸钠交联方法得到的水凝胶均匀且坚实，克服了钙离子与海藻酸钠直接接触导致水凝胶交联不均匀的问题。
[0017]2、本专利技术制备水凝胶SERS基底的方法无需采用“油相”，避免了油相或有机试剂对SERS检测目标小分子的干扰。
[0018]3、本专利技术制备的水凝胶SERS基底，由于水凝胶表面具有均一的、可调节尺寸的孔结构，能够选择性地只允许待测小分子通过，排除大分子蛋白和其他杂质，实现牛奶中三聚氰胺的直接检测。
附图说明
[0019]图1为本专利技术合成的银纳米粒子的紫外吸收光谱图；
[0020]图2为本专利技术合成的银纳米粒子的透射电子显微镜照片；
[0021]图3为本专利技术制备的海藻酸钠水凝胶及负载银纳米粒子的水凝胶柔性SERS基底的光学照片；
[0022]图4为本专利技术实施例3中前体溶液与银纳米粒子不同体积比形成的水凝胶的光学照片；
[0023]图5为本专利技术实施例3中前体溶液与银纳米粒子不同体积比形成的水凝胶柔性SERS基底检测4
‑
MBN的SERS光谱图；
[0024]图6本专利技术实施例4中单纯的水凝胶基底(1)、基底置于水溶液中三聚氰胺(2)、基
底置于牛奶中三聚氰胺(3)的SERS光谱图；
[0025]图7中(a)为该水凝胶SERS基底检测不同浓度三聚氰胺的SERS光谱图，(b)为三聚氰胺在682cm
‑1处SERS强度值与其浓度的关系图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本专利技术的优点和特征，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚的界定。本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1：海藻酸钠水凝胶柔性SERS基底的制备，步骤如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、海藻酸钠水凝胶的快速均匀合成：将氯化钙溶液和乙二胺四乙酸二钠盐溶液按等摩尔比混合，得到钙
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乙二胺四乙酸复合溶液；接着，采用浓度是0.05M的氢氧化钠溶液将钙
‑
乙二胺四乙酸复合溶液的pH调至中性后，与海藻酸钠溶液按等摩尔比混合得到前体溶液，在前体溶液中逐滴加入乙酸，交联一段时间后，形成均匀的海藻酸钠水凝胶。S2、负载银纳米粒子的海藻酸钠水凝胶柔性SERS基底的制备方法：采用柠檬酸钠加热还原法合成银纳米粒子，将步骤S1中得到的海藻酸钠水凝胶前体溶液与银纳米粒子溶液按一定比例混合，得到混合溶液，再在该混合溶液中逐滴加入乙酸，交联一段时间后，形成负载银纳米粒子的海藻酸钠水凝胶柔性SERS基底。2.根据权利要求1所述的一种水凝胶柔性SERS基底的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，氯化钙溶液和钙
‑
乙二胺四乙酸复合物溶液的浓度均是0.3M，所用海藻酸钠溶液的质量分数是1％。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹，杜星，赵永梅，齐国华，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：