一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及生物传感器技术领域，尤其涉及一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法及应用，包括：将金属纳米探针均匀负载在聚N

【技术实现步骤摘要】
一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，尤其涉及一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]水是人类生存和生态系统进化的基本资源。水安全是一个不容忽视的问题，它直接影响到地球的生态环境和人类的生存。然而，随着社会和经济的发展，工业废物正在成为水污染的主要来源。水质参数，如pH值、溶解氧、浊度、沉积物、氯离子、钾离子等，是评价水环境质量的主要指标。其中，pH值是重要的水质参数之一，因为它涉及到水的自然现象、化学变化和生产过程。因此，发展快速精确检测水中pH值的方法具有极其重要的意义。
[0003]检测水中pH值的传统方法主要包括玻璃电极法、荧光光谱法和比色法。玻璃电极法的测量结果是准确的，但过程繁琐，需要用pH缓冲剂来校准。荧光法中涉及的荧光基团或荧光探针易淬灭，且水中其他杂质对于pH值的测定具有较强的背景干扰。迄今为止报道的许多pH荧光探针监测的pH值范围约为2.00
‑
7.00，只有少数探针能够检测碱性环境下的荧光变化。近些年，表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种原位、无损、指纹性的分析技术，已被广泛用于化学成分的快速检测。
[0004]研究者们已经发展了各种各样的SERS纳米传感器用于检测环境中和细胞内的pH值变化。其基本原理是：在金属纳米粒子上修饰对pH有敏感响应的探针分子(包括对巯基吡啶、对氨基噻吩、3
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氨基
‑5‑
巯基
‑
1,2,4
‑
三唑和2
‑
氨基苯硫醇等)形成纳米传感器，通过记录探针分子响应pH的SERS光谱变化，实现对复杂生物环境中pH值的检测。虽然上述方法能够实现灵敏检测pH，但金属纳米粒子表面易被环境中的杂质污染，使得纳米传感器的稳定性下降，导致难以可靠检测复杂环境中的pH变化；金属纳米粒子的随机分布和目标物质在纳米粒子上的无序排列导致了SERS检测的重复性较差；未知杂质的不可逆吸附限制了目标物与金属表面的接触，导致拉曼信号的增强效果不佳。因此，还需发展快速、精准、高灵敏的SERS传感方法用于检测环境中pH值变化。

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，而提出的一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法及应用，用于解决SERS检测pH面临的重复性差、稳定性低的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法，具体步骤如下：
[0008]S1、纳米探针的制备：采用还原法合成作为SERS增强基底的带正电的银纳米粒子AgNPs；首先，将400mL的巯基乙胺水溶液加入40mL的硝酸银AgNO3溶液中，在室温下搅拌30min后，加入10mL硼氢化钠NaBH4溶液，并依次在室温下和暗处剧烈搅拌反应各20min；然后，将混合物进一步搅拌20min，获得灰绿色的银纳米粒子AgNPs溶液；采用对巯基吡啶4
‑
MPy对AgNPs进行修饰；具体步骤如下：将4
‑
MPy乙醇溶液逐滴加入到1.0mLAgNPs溶液中，于室温下磁力搅拌反应12h；反应结束后，通过离心去除多余的未修饰在AgNPs上的4
‑
MPy分子，获得纳米探针AgNPs@4
‑
MPy；
[0009]S2、聚N
‑
异丙基丙烯酰胺PNIPAM水凝胶的合成：采用沉淀聚合法合成PNIPAM水凝胶；将N
‑
异丙基丙烯酰胺和N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺溶解在145mL去离子水中，在通氮气的同时进行搅拌；于70℃下加热搅拌溶液反应40min后，加入2
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2'
‑
偶氮二(2
‑
甲基丙酰胺)水溶液促发聚合；上述溶液在70℃下保持反应3h，待溶液变浑浊表明形成共聚物微球；
[0010]S3、构筑负载纳米探针的水凝胶SERS传感器：将145mL去离子水置于带有回流冷凝器的圆底烧瓶中，依次加入1.6231gN
‑
异丙基丙烯酰胺和0.1265gN,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，使其溶解在去离子水中；在通氮气的同时于70℃下加热搅拌反应溶液40min，然后，加入一定量的纳米探针AgNPs@4
‑
MPy，搅拌反应下加入一定量引发剂2
‑
2'
‑
偶氮二(2
‑
甲基丙酰胺)水溶液，促使N
‑
异丙基丙烯酰胺发生聚合；反应3h后，将水凝胶微球置于超速离心机中离心，并用纤维素膜透析以去除未反应的试剂，最终获得负载纳米探针的PNIPAM水凝胶。
[0011]优选地，在步骤S1中，所用巯基乙胺水溶液和硝酸银溶液的浓度分别是214mM和1.45mM，所用硼氢化钠的浓度是10.5mM。
[0012]优选地，在步骤S1中，所用4
‑
MPy的浓度是1mM，体积是1.5μL。
[0013]优选地，在步骤S2中，所用N
‑
异丙基丙烯酰胺和N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺的质量分别是1.6231g和0.1265g。
[0014]优选地，在步骤S2中，所用2
‑
2'
‑
偶氮二(2
‑
甲基丙酰胺)的浓度和体积分别是0.035M和5.5mL。
[0015]优选地，在步骤S3中，所用纳米探针的体积是5mL。
[0016]优选地，在步骤S3中，所用引发剂的浓度和体积分别是0.03M和5mL。
[0017]本专利技术还提供了一种采用上述制备方法获得的负载纳米探针的水凝胶SERS传感器在检测污水中pH值的应用。
[0018]优选地，将制备好的负载纳米探针的水凝胶SERS传感器分别平行浸泡在1mL不同pH值的水溶液中，于室温下反应2h后进行SERS检测；所用激发波长是785nm，积分时间是5s，积分次数是1次；将1003cm
‑1/1095cm
‑1峰强比值与pH值建立关系，得到多项式函数y＝1.37+(
‑
0.12)*x1+0.006*x2，相关系数R2是0.965；然后，将待测污水按上述步骤操作，测定相应的SERS光谱；将SERS谱峰在1003cm
‑1/1095cm
‑1处的强度比值代入上述方程中，即可得到待测样品的pH值。
[0019]通过采用上述技术方案：纳米探针被均匀负载在聚N
‑
异丙基丙烯酰胺水凝胶内部，获得了具有高重复性、高稳定性的SERS传感器。纳米探针上的4
‑
MPy能够响应pH值的变化发生相应的SERS光谱改变，通过跟踪4
‑
MPy的SERS信号变化实现对于污水中pH值的测定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载纳米探针的水凝胶SERS传感器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、纳米探针的制备：采用还原法合成作为SERS增强基底的带正电的银纳米粒子AgNPs；首先，将400mL的巯基乙胺水溶液加入40mL的硝酸银AgNO3溶液中，在室温下搅拌30min后，加入10mL硼氢化钠NaBH4溶液，并依次在室温下和暗处剧烈搅拌反应各20min；然后，将混合物进一步搅拌20min，获得灰绿色的银纳米粒子AgNPs溶液；采用对巯基吡啶4
‑
MPy对AgNPs进行修饰；具体步骤如下：将4
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MPy乙醇溶液逐滴加入到1.0mLAgNPs溶液中，于室温下磁力搅拌反应12h；反应结束后，通过离心去除多余的未修饰在AgNPs上的4
‑
MPy分子，获得纳米探针AgNPs@4
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MPy；S2、聚N
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异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶的合成：采用沉淀聚合法合成PNIPAM水凝胶；将N
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异丙基丙烯酰胺和N,N
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亚甲基双丙烯酰胺溶解在145mL去离子水中，在通氮气的同时进行搅拌；于70℃下加热搅拌溶液反应40min后，加入2
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2'
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偶氮二(2
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甲基丙酰胺)水溶液促发聚合；上述溶液在70℃下保持反应3h，待溶液变浑浊表明形成共聚物微球；S3、构筑负载纳米探针的水凝胶SERS传感器：将145mL去离子水置于带有回流冷凝器的圆底烧瓶中，依次加入1.6231g N
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异丙基丙烯酰胺和0.1265gN,N
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亚甲基双丙烯酰胺，使其溶解在去离子水中；在通氮气的同时于70℃下加热搅拌反应溶液40min，然后，加入一定量的纳米探针AgNPs@4
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MPy，搅拌反应下加入一定量引发剂2
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2'
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偶氮二(2
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甲基丙酰胺)水溶液，促使N
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异丙基丙烯酰胺发生聚合；反应3h后，将水凝胶微球置于超速离心机中离心，并用纤维素膜透析以去除未反应的试剂，最终获...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹，王双，徐丽星，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：