Name: 超高感度検出のためのポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースのフレキシブル表面増強ラマン散乱(SERS)基板の作製 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 3 min 33 s
Description: 学ぶPDMSベースのフレキシブルSERS基板作製法。簡易な銀ナノ粒子合成によりR6GやThiramなどの低濃度物質を高感度検出可能。環境に優しく、複雑な実験条件を必要としない材料科学の新手法です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

この研究は、中国国家自然科学基金会(助成金番号61974004および61931018)および中国国家重点研究開発プログラム(助成金番号2021YFB3200100)の支援を受けています。この研究は、北京大学の電子顕微鏡研究所が電子顕微鏡へのアクセスを提供したことを認めています。さらに、この研究は、ラマン測定の支援をしてくれたYing Cui氏と北京大学地球宇宙科学院にも感謝しています。

1. ナノ粒子の合成
<ol><li>硝酸銀溶液の調製<ol><li>精密天秤を使用して、0.0017 g の AR グレード硝酸銀(AgNO3、 材料表を参照)を測定し、10 mL の脱イオン(DI)水に加えます。混合物を撹拌して、10-3 mol/L AgNO3 溶液を作成します。</li>
	</ol></li>
	<li>銀 - アンモニア錯体の調製<ol><li>ARグレードのアンモニア水1mL(NH3.H2O、 材料表参照)をシリンジを用いて、撹拌しながら硝酸銀溶液に一滴ずつ加える。溶液が明確になったら、滴下を停止します。</li>
	</ol></li>
	<li>グルコース溶液の調製<ol><li>精密天秤を使用して、0.36 gのARグレードのグルコースパウダー( 材料表を参照)を測定し、10 mLの脱イオン水に加えます。混合物を完全に攪拌して、0.2 Mグルコース溶液を作成します。</li>
	</ol></li>
	<li>銀ナノ粒子(AgNP)の合成<ol><li>ピペットガンを使用して、30 μLの銀-アンモニア錯体(ステップ1.2で調製)をグルコース溶液(ステップ1.3で調製)に30分間隔で添加します。溶液が黄色に変わるまでかき混ぜながら、このプロセスを4〜6回繰り返します。</li>
	</ol></li>
</ol>2. フレキシブル基板の作製
<ol><li>PDMS基板の作製<ol><li>PDMS基質を合成するには、約5gのPDMS A溶液を採取し、B溶液(市販のキットから、 材料表を参照)を1:10の比率で添加します。</li>
		<li>PDMS A溶液とPDMS B溶液を攪拌し、完全に混合します。</li>
		<li>混合したPDMSを角い皿に移し、80°Cのオーブンで2時間焼きます。</li>
		<li>上記の工程で硬化させた後、メスを使ってペトリ皿の暗い格子に沿ってPDMSを切断し、約1cm×1cmの小さなPDMS立方体を作ります。</li>
	</ol></li>
	<li>表面改質<ol><li>前述の小さなPDMS片をプラズマ処理します。ハンドヘルドプラズマプロセッサ( 材料表を参照)を使用し、PDMS表面から約5〜10cm上を前後に動かして、表面プラズマ処理を行います。</li>
		<li>プラズマプロセッサを利用して表面を改質し、PDMS表面にヒドロキシル基の形成を誘導し、親水性にします27。</li>
	</ol></li>
	<li>APTESによる変更<ol><li>10%APTES溶液を調製します( 材料表を参照)。</li>
		<li>ステップ2.2で得られた表面改質PDMSをAPTES溶液に浸漬し、10時間放置します。これにより、APTESはPDMS表面のヒドロキシル基と結合することができます。</li>
	</ol></li>
	<li>AgNPの自己組織化<ol><li>ステップ2.3で得られたPDMS基板を、ステップ1.4で合成したAgNPs溶液に10時間浸漬する。これにより、AgNPがPDMS基板上に自己組織化され、最終的なフレキシブルSERS検出基板が作成されます。</li>
	</ol></li>
</ol>

R6GおよびThiramのSERS検出用フレキシブル基板の作製

<ol><li>Zheng, F., Ke, W., Shi, L., Liu, H., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+Au-Ag+janus+nanoparticle+engineered+ratiometric+surface-enhanced+Raman+scattering+aptasensor+for+ochratoxin+A+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Plasmonic Au-Ag janus nanoparticle engineered ratiometric surface-enhanced Raman scattering aptasensor for ochratoxin A detection.</a> Analytical Chemistry. 91 (18), 11812-11820 (2019).</li>
<li>Zhou, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size-tunable+gold+aerogels%3A+a+durable+and+misfocus-tolerant+3D+substrate+for+multiplex+SERS+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Optical+Materials%22%5BJournal%5D)">Size-tunable gold aerogels: a durable and misfocus-tolerant 3D substrate for multiplex SERS detection.</a> Advanced Optical Materials. 9 (17), 2100352(2021).</li>
<li>Fan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide+and+shape-controlled+silver+nanoparticle+hybrids+for+ultrasensitive+single-particle+surface-enhanced+Raman+scattering+%28SERS%29+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide and shape-controlled silver nanoparticle hybrids for ultrasensitive single-particle surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing.</a> Nanoscale. 6 (9), 4843-4851 (2014).</li>
<li>Xu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-veiled+gold+substrate+for+surface-enhanced+Raman+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Graphene-veiled gold substrate for surface-enhanced Raman spectroscopy.</a> Advanced Materials. 25 (6), 928-933 (2013).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-coated+Si+nanowires+as+substrates+for+surface-enhanced+Raman+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Graphene-coated Si nanowires as substrates for surface-enhanced Raman scattering.</a> Applied Surface Science. 541, 0169-4332 (2021).</li>
<li>Chin, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+sensitivity+enhancement+of+multi-shaped+silver-nanoparticle-decorated+hydrophilic+PVDF-based+SERS+substrates+using+solvating+pretreatment%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators%3A+B.+Chemistry%22%5BJournal%5D)">High sensitivity enhancement of multi-shaped silver-nanoparticle-decorated hydrophilic PVDF-based SERS substrates using solvating pretreatment.</a> Sensors and Actuators: B. Chemistry. 347, 130614(2021).</li>
<li>Volpe, G., Noack, M., Acimovic, S. S., Reinhardt, C., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-field+mapping+of+plasmonic+antennas+by+multiphoton+absorption+in+poly%28methyl+methacrylate%29%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Near-field mapping of plasmonic antennas by multiphoton absorption in poly(methyl methacrylate).</a> Nano Letters. 12 (9), 4864-4868 (2012).</li>
<li>Novikov, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fractal+shaped+periodic+metal+nanostructures+atop+dielectric-metal+substrates+for+SERS+applications%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photonics%22%5BJournal%5D)">Fractal shaped periodic metal nanostructures atop dielectric-metal substrates for SERS applications.</a> ACS Photonics. 7 (7), 1708-1715 (2020).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((300+mm+wafer-level%2C+ultra-dense+arrays+of+Au-capped+nanopillars+with+sub-10+nm+gaps+as+reliable+SERS+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">300 mm wafer-level, ultra-dense arrays of Au-capped nanopillars with sub-10 nm gaps as reliable SERS substrates.</a> Nanoscale. 6 (21), 12391-12396 (2014).</li>
<li>Mecker, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+melamine+detection+in+multiple+sample+matrices+with+a+portable+Raman+instrument+using+surface-enhanced+Raman+spectroscopy-active+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Analytica+Chimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Selective melamine detection in multiple sample matrices with a portable Raman instrument using surface-enhanced Raman spectroscopy-active gold nanoparticles.</a> Analytica Chimica Acta. 733, 48-55 (2012).</li>
<li>Shao, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PLLA+nanofibrous+paper-based+plasmonic+substrate+with+tailored+hydrophilicity+for+focusing+SERS+detection%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">PLLA nanofibrous paper-based plasmonic substrate with tailored hydrophilicity for focusing SERS detection.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 7, 5391-5399 (2015).</li>
<li>Chen, Y. M., Ge, F. Y., Guang, S. Y., Cai, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+and+large-scale+flexible+SERS-cotton+fabric+as+a+wipe+substrate+for+surface+trace+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Low-cost and large-scale flexible SERS-cotton fabric as a wipe substrate for surface trace analysis.</a> Applied Surface Science. 436, 111-116 (2018).</li>
<li>Yang, L., Zhen, S. J., Li, Y. F., Huang, C. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanoparticles+deposited+on+graphene+oxide+for+ultrasensitive+surface-enhanced+Raman+scattering+immunoassay+of+cancer+biomarker%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Silver nanoparticles deposited on graphene oxide for ultrasensitive surface-enhanced Raman scattering immunoassay of cancer biomarker.</a> Nanoscale. 10, 11942-11947 (2018).</li>
<li>Creedon, N. C., Lovera, P., Furey, A., O'Riordan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+polymer-based+SERS+substrates+templated+by+a+soda+can%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators%2C+B%22%5BJournal%5D)">Transparent polymer-based SERS substrates templated by a soda can.</a> Sensors and Actuators, B. 259, 64-74 (2018).</li>
<li>Shiohara, A., Langer, J., Polavarapu, L., Marzan, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution+processed+polydimethylsiloxane%2Fgold+nanostar+flexible+substrates+for+plasmonic+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Solution processed polydimethylsiloxane/gold nanostar flexible substrates for plasmonic sensing.</a> Nanoscale. 6, 9817-9823 (2014).</li>
<li>Guo, H. Y., Jiang, D., Li, H. B., Xu, S. P., Xu, W. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+efficient+construction+of+silver+nanosphere+dimers+on+poly+%28dimethylsiloxane%29+sheets+for+surface-enhanced+Raman+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Highly efficient construction of silver nanosphere dimers on poly (dimethylsiloxane) sheets for surface-enhanced Raman scattering.</a> Journal of Physical Chemistry C. 117, 564-570 (2013).</li>
<li>Park, S., Lee, J., Ku, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+and+flexible+surface-enhanced+Raman+scattering+%28SERS%29+sensors+based+on+gold+nanostar+arrays+embedded+in+silicon+rubber+film%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Transparent and flexible surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensors based on gold nanostar arrays embedded in silicon rubber film.</a> ACS Applied Materials Interfaces. 9, 44088-44095 (2017).</li>
<li>Li, L. M., Chin, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+fabrication+of+a+flexible+and+transparent+Ag+nanocubes%40+PDMS+film+as+a+SERS+substrate+with+high+performance%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Rapid fabrication of a flexible and transparent Ag nanocubes@ PDMS film as a SERS substrate with high performance.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (33), 37538-37548 (2020).</li>
<li>Yang, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+detection+using+two-dimensional+shell-isolated+nanoparticle+film%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Raman+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Quantitative detection using two-dimensional shell-isolated nanoparticle film.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 48, 919-924 (2017).</li>
<li>Fortuni, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+synthesis+of+Au-shelled+Ag+nanoparticles+on+PDMS+for+flexible%2C+long-life%2C+and+broad+spectrum-sensitive+SERS+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">In situ synthesis of Au-shelled Ag nanoparticles on PDMS for flexible, long-life, and broad spectrum-sensitive SERS substrates.</a> Chemical Communications. 53 (82), 11298-11301 (2017).</li>
<li>Wu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide+scroll+meshes+prepared+by+molecular+combing+for+transparent+and+flexible+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide scroll meshes prepared by molecular combing for transparent and flexible electrodes.</a> Advanced Materials Technologies. 2 (2), 1600231(2017).</li>
<li>Li, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanowire-templated+molecular+nanopatterning+and+nanoparticle+assembly+for+surface-enhanced+Raman+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry-A+European+Journal%22%5BJournal%5D)">Silver nanowire-templated molecular nanopatterning and nanoparticle assembly for surface-enhanced Raman scattering.</a> Chemistry-A European Journal. 25 (45), 10561-10565 (2019).</li>
<li>Zhan, H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer+printing+for+preparing+nanostructured+PDMS+film+as+flexible+SERS+active+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Transfer printing for preparing nanostructured PDMS film as flexible SERS active substrate.</a> Composites Part B: Engineering. 84, 222-227 (2016).</li>
<li>West, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Searching+for+better+plasmonic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Reviews%22%5BJournal%5D)">Searching for better plasmonic materials.</a> Laser & Photonics Reviews. 4, 795-808 (2010).</li>
<li>Anastassiades, M., Lehotay, S. J., Štajnbaher, d, Schenck, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+and+easy+multiresidue+method+employing+acetonitrile+extraction%2Fpartitioning+and+%26%2334%3Bdispersive+solid-phase+extraction%26%2334%3B+for+the+determination+of+pesticide+residues+in+produce%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+AOAC+International%22%5BJournal%5D)">Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extraction/partitioning and &#34;dispersive solid-phase extraction&#34; for the determination of pesticide residues in produce.</a> Journal of AOAC International. 86 (2), 412-431 (2003).</li>
<li>A green chemistry synthesis of Ag nanoparticles and their concentrated distribution on PDMS elastomer film for more sensitive SERS detection. Zhu, J., et al. 2017 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS), , (2017).</li>
<li>Damalas, C. A., Eleftherohorinos, I. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pesticide+exposure%2C+safety+issues%2C+and+risk+assessment+indicators%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Environmental+Research+and+Public+Health%22%5BJournal%5D)">Pesticide exposure, safety issues, and risk assessment indicators.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 8 (5), 1402-1419 (2011).</li>
<li>Zannotti, M., Rossi, A., Giovannetti, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SERS+activity+of+silver+nanosphere%2C+triangular+nanoplates%2C+hexagonal+nanoplates+and+quasi-spherical+nanoparticles%3A+effect+of+shape+and+morphology%5BTitle%5D)+AND+%22Coatings%22%5BJournal%5D)">SERS activity of silver nanosphere, triangular nanoplates, hexagonal nanoplates and quasi-spherical nanoparticles: effect of shape and morphology.</a> Coatings. 10, 288(2020).</li>
<li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+fabrication+of+ultrasensitive+and+uniform+surface-enhanced+Raman+scattering+substrates+for+the+trace+detection+of+pesticides%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Large-scale fabrication of ultrasensitive and uniform surface-enhanced Raman scattering substrates for the trace detection of pesticides.</a> Nanomaterials. 8 (7), 520(2018).</li>
<li>Lu, H., Zhu, L., Zhang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixing+assisted+%26%2334%3Bhot+spots%26%2334%3B+occupying+SERS+strategy+for+highly+sensitive+in+situ+study%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Mixing assisted &#34;hot spots&#34; occupying SERS strategy for highly sensitive in situ study.</a> Analytical Chemistry. 90 (7), 4535-4543 (2018).</li>
<li>Mao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+surface-enhanced+Raman+scattering+sensors+based+on+nanopillar+forests+realized+by+an+oxygen-plasma-stripping-of-photoresist+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Microfluidic surface-enhanced Raman scattering sensors based on nanopillar forests realized by an oxygen-plasma-stripping-of-photoresist technique.</a> Small. 10 (1), 127-134 (2014).</li>
<li>Zhang, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small+and+sharp+triangular+silver+nanoplates+synthesized+utilizing+tiny+triangular+nuclei+and+their+excellent+SERS+activity+for+selective+detection+of+Thiram+residue+in+soil%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Small and sharp triangular silver nanoplates synthesized utilizing tiny triangular nuclei and their excellent SERS activity for selective detection of Thiram residue in soil.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 9, 17387-17398 (2017).</li>
<li>Zhu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+dithiocarbamate+pesticides+with+a+spongelike+surface-enhanced+raman+scattering+substrate+made+of+reduced+graphene+oxide-wrapped+silver+nanocubes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Detection of dithiocarbamate pesticides with a spongelike surface-enhanced raman scattering substrate made of reduced graphene oxide-wrapped silver nanocubes.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 9, 39618-39625 (2017).</li>
<li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+sensitive+and+label-free+determination+of+thiram+residue+using+surface-enhanced+Raman+spectroscopy+%28SERS%29+coupled+with+paper-based+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Methods%22%5BJournal%5D)">Highly sensitive and label-free determination of thiram residue using surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) coupled with paper-based microfluidics.</a> Analytical Methods. 9, 6186-6193 (2017).</li>
<li>Yu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold-nanorod-coated+capillaries+for+the+SERS-based+detection+of+Thiram%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Nano+Materials%22%5BJournal%5D)">Gold-nanorod-coated capillaries for the SERS-based detection of Thiram.</a> ACS Applied Nano Materials. 2 (1), 598-606 (2019).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+and+non-invasive+surface-enhanced+Raman+spectroscopy+%28SERS%29+detection+of+chlorpyrifos+in+fruits+using+disposable+paper-based+substrates+charged+with+gold+nanoparticle%2Fhalloysite+nanotube+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Mikrochim+Acta%22%5BJournal%5D)">Rapid and non-invasive surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) detection of chlorpyrifos in fruits using disposable paper-based substrates charged with gold nanoparticle/halloysite nanotube composites.</a> Mikrochim Acta. 189, 189-197 (2022).</li>
<li>Lee, C. H., Tian, L., Singamaneni, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper-based+SERS+swab+for+rapid+trace+detection+on+real-world+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Paper-based SERS swab for rapid trace detection on real-world surfaces.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 2, 3429-3435 (2010).</li>
<li>Cheng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drug+preconcentration+and+direct+quantification+in+biofluids+using+3D-printed+paper+cartridge%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Drug preconcentration and direct quantification in biofluids using 3D-printed paper cartridge.</a> Biosensors and Bioelectronics. 189, 113266-113277 (2021).</li>
</ol>

著者は利益相反がないことを宣言します。

本研究では、化学修飾によりAgNPとPDMSを結合させたフレキシブルSERS基板を導入し、優れた性能を達成しました。粒子合成中、特に銀アンモニア錯体合成(ステップ1.2)では、溶液の色が重要な役割を果たします。水滴にアンモニアを添加しすぎると、AgNPの合成品質に悪影響を及ぼし、検出結果に失敗する可能性があります。合成プロセス中の基質修飾(ステップ2.2)に注意を払う必要があります。そうしないと、AgNPがPDMSに適切に結合せず、検出性能が低下する可能性があります。
実際の準備では、SERS基板の検出性能は不安定性を示す可能性がある22。これは、物質の溶媒を変更することで最適化できます。例えば、アセトニトリルをチラムの溶媒として使用すると、エタノールを使用するよりも良い結果が得られます。さらに、Thiramの品質は検出されたSERSシグナルに影響を与える可能性があるため、検出時に使用する試薬が有効期限内であることを確認することの重要性が強調されています。
他の研究<sup cl...

表面増強ラマン散乱(SERS)は、ラマン散乱の一種として、高感度で穏やかな検出条件という利点があり、単一分子検出も実現できます1,2,3,4。金や銀などの金属ナノ構造は、通常、物質検出を可能にするためのSERS基板として使用されます5,6。ナノ構造表面の電磁結合強化は、SERSアプリケーションにおいて重要な役割を果たします。さまざまなサイズ、形状、粒子間距離、組成の金属ナノ構造が凝集して多数の「ホットスポット」を形成し、局所的な表面プラズモン共鳴により強い電磁場を生成する可能性があります7,8。多くの研究により、SERS基質として異なる形態の金属ナノ粒子が開発され、SERS増強の達成における有効性が実証されています9,10。
フレキシブルSERS基板は、SERS効果を生み出すことができるナノ構造をフレキシブル基板上に堆積させ、曲面での直接検出を容易にすることで、幅広い用途に使用されています。フレキシブルSERS基質は、不規則な表面、非平面的な表面、または曲面上の分析種の検出と収集に使用されます。一般的なフレキシブルSERS基板には、繊維、ポリマーフィルム、および酸化グラフェンフィルムが含まれる11,12,13,14。その中で、ポリジメチルシロキサン(PDMS)は最も広く使用されているポリマー材料の1つであり、高い透明性、高い引張強度、化学的安定性、非毒性、接着性などの利点があります15,16,17。PDMSはラマン断面積が小さいため、ラマン信号への影響はごくわずかです18。PDMSプレポリマーは液状であるため、熱や光で硬化させることができ、高い制御性と利便性を提供します。PDMSベースのSERS基質は、比較的一般的なフレキシブルSERS基質であり、例示的な性能を有する異なる生化学物質を検出するための様々な金属ナノ粒子を埋め込むために以前の研究で使用されてきた19,20。
SERS基板の作製では、ナノギャップ構造の作製が重要です。物理堆積技術には、高いスケーラビリティ、均一性、再現性などの利点がありますが、通常、良好な真空条件と特殊な機器が必要であり、その実用化には限界があります21。さらに、数ナノメートルスケールでナノ構造を作製することは、従来の堆積技術では依然として困難である22。その結果、化学的手法で合成されたナノ粒子は、様々な相互作用により柔軟な透明膜に吸着し、ナノスケールでの金属構造の自己組織化を促進することができます。吸着の成功を確実にするために、フィルム表面を物理的または化学的に修飾してその表面親水性を変化させることによって相互作用を調整することができる23。銀ナノ粒子は、金ナノ粒子と比較して、より優れたSERS性能を示すが、その不安定性、特に空気中での酸化に対する感受性は、SERS増強係数(EF)の急速な低下をもたらし、基板性能に影響を与える24。そのため、安定な粒子法の開発が不可欠です。
残留農薬の存在は大きな注目を集めており、現場で食品中のさまざまなクラスの有害化学物質を迅速に検出および特定できる堅牢な方法が緊急に必要とされています25,26。フレキシブルSERS基板は、実用化、特に食品安全の分野で独自の利点を提供します。本稿では、合成したグルコース被覆銀ナノ粒子(AgNP)をPDMS基板上に結合させることにより、フレキシブルSERS基板を調製する方法を紹介します(図1)。グルコースの存在はAgNPを保護し、空気中の銀の酸化を軽減します。この基質は優れた検出性能を発揮し、ローダミン6G(R6G)を10〜10M、農薬チラムを10〜8Mと低く検出し、均一性に優れています。さらに、フレキシブル基板は、ボンディングやサンプリングによる検出にも使用でき、多くのアプリケーションシナリオが考えられます。

<table><tbody><tr><td>アンモニア (NH3.H2O, 25%)</td><td>北京化学工業</td><td></td><td></td></tr><tr><td>APTES (98%)</td> <td>beyotime</td><td>ST1087</td><td></td></tr><tr><td>BD-20AC Laboratory Chrona Treater</td><td>Electro-Technic Products Inc.</td><td>12051A</td><td></td></tr><tr><td>D-グルコース</td><td>北京化学工業</td><td></td><td></td></tr><tr><td>環境走査電子顕微鏡(ESEM)</td><td>FEI</td><td>QUANTA 250</td><td></td></tr><tr><td>ラマン顕微鏡</td><td>堀場製作所 JY</td><td>LabRAM HR Evolution</td><td></td></tr><tr><td>ローダミン 6G</td><td>北京化学工業</td><td></td><td></td></tr><tr><td>シリコーンエラストマーベースとシリコーンエラストマー硬化剤</td><td>ダウコーニング株式会社</td><td>シルガード 184</td><td></td></tr><tr><td>硝酸銀</td><td>北京化学工場</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ティラム (C6H12N2S2, 99.9%)</td><td>北京化学工業</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

超高感度検出のためのポリジメチルシロキサン(pdms)ベースのフレキシブル表面増強ラマン散乱(sers)基板の作製

Fabrication of polydimethylsiloxane (PDMS)-Based Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrate for Ultrasensitive Detection

本稿では、表面増強ラマン散乱(SERS)用に設計されたフレキシブル基板の作製方法を紹介します。銀ナノ粒子(AgNP)は、硝酸銀(AgNO3)とアンモニアとの錯体化反応を経て合成され、その後グルコースで還元されました。得られたAgNPは、20nmから50nmの範囲で均一な粒度分布を示しました。続いて、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)を用いて、酸素プラズマで表面処理したPDMS基板を改質しました。このプロセスにより、基板上へのAgNPの自己組織化が容易になりました。様々な実験条件が基板性能に及ぼす影響を系統的に評価した結果、優れた性能とエンハンスドファクター(EF)を持つSERS基板が開発されました。この基質を利用して、R6G(ローダミン6G)で10-10 M、チラムで10-8 Mという優れた検出限界を達成しました。この基質は、リンゴの残留農薬の検出に使用され、非常に満足のいく結果が得られました。フレキシブルなSERS基板は、複雑なシナリオでの検出など、実際のアプリケーションに大きな可能性を秘めています。

本研究では、合成AgNPをグルコースで包み、APTESを用いてPDMS上で自己組織化させた柔軟なSERS基質を開発し、実用的な農薬検出アプリケーションにおいて優れた検出性能を実現しました。R6G と Thiram の検出限界は、それぞれ 10-10 M と 10-8 M で到達し、エンハンスメント係数 (EF) は 1 x 10 5 でした。さらに、基板は均一性を示した。
グルコースに包まれたAgNPは、改良されたTollens法を用いて合成した28,29。このAgNPアセンブリは、強力なSERSシグナルを生成するだけでなく、AgNP中の銀を酸化から効果的に保護し、検出性能を維持しました。図2の環境走査型電子顕微鏡(ESEM)画像から、合成された粒子は比較的均一に見え、ほとんどが直径40〜50 nmでした。AgNPの外層はグルコース層に包まれ...

このプロトコルでは、表面増強ラマン散乱用のフレキシブル基板の製造方法について説明します。この分析法は、低濃度の R6G と Thiram の検出に使用されています。

超高感度検出のためのポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースのフレキシブル表面増強ラマン散乱(SERS)基板の作製

This article presents a fabrication method for a flexible substrate designed for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Silver nanoparticles (AgNPs) ...

このプロトコルでは、SERSフレキシブル基板を調製し、実際の検出シナリオに適用する方法について説明します。このプロトコルが提供するSERSフレキシブル基板は、環境に優しく、優れた検出性能を実現します。銀ナノ粒子は、単純な容器で容易に合成でき、複雑な実験条件や環境を必要としません。当研究室では、本研究で用いた容器を通して合成された銀ナノ粒子の研究に注力していく予定です。SERS検出機能を強化し、その独自の特性と特性を活用して、より高性能なSERS検出基板を設計する方法を探ります。

fabrication-polydimethylsiloxane-pdms-based-flexible-surface-enhanced

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

高感度フォトニックマイクロセンサは、電界検出用に開発されました。センサーは誘電体球の光学モードを利用している。その光学モードの変化につながる外部電場摂動球形態の変化。電界強度は、これらの光学シフトをモニターすることによって測定されます。...

ギャラリーモード高分子マイクロ光電界センサを囁くの開発

私たちは、固定化されたタンパク質やアプタマーとナノ構造基板と対峙するナノ生物学的システムの作製と特性評価について説明します。ナノ構造基板のリソグラフィー作製、バイオ機能化、表面増強ラマン分光法(SERS)の特性評価を含む関連する実験ステップが報告されています。表面固定化タンパク質のSERS検出、およびタンパク質-リガンドおよびアプタマー-リガンド結合のプローブが実証されています。...

表面EBL作製したナノ構造基板を用いた生体分子のラマン分光検出の強化

マイクロ流体ダブルエマルジョンの生成には、通常、パターン化された濡れ性を持つデバイスやカスタムメイドのガラス部品が含まれます。ここでは、表面処理や複雑な製造プロセスを必要とせず、14μmまでのダブルエマルジョンを製造できるオールポリジメチルシロキサン(PDMS)ダブルエマルジョンジェネレーターの製作と試験について説明します。...

ポリジメチルシロキサン（PDMS）同軸フローフォーカス・デバイスを使用したダブルエマルションの生成

製造や化学汚染物質（ すなわち、農薬フェルバムと抗生物質アンピシリン）の検出のためのラマン分光（SERS）アッセイ強化フィルタベースの表面を実行するための手順が提示されています。...

化学汚染物質の迅速検出のためのラマン分光アッセイ強化フィルターベースの表面

ナノ粒子ベースの光学プローブは、ラマン分光法とUV-Vis分光法を使用して抗原を検出するための手段として設計されています。ここでは、UV-Vis/ラマン分光法イムノアッセイ用のプローブを調製するためのプロトコルについて、将来のマルチプレックス機能を組み込むための方法について説明します。...

紫外可視およびラマン分光法イムノアッセイプラットフォームを製作

液体中での超高速レーザーアブレーションは、液体/空気環境でナノ材料(ナノ粒子[NP]およびナノ構造[NS])を合成するための正確で用途の広い技術です。レーザーアブレーションされたナノ材料は、ラマン活性分子で官能基化して、NS/NP上またはその近くに配置された分析種のラマンシグナルを増強することができます。...

表面増強ラマン散乱ベースのセンシングアプリケーションのための超高速レーザーアブレーションナノ粒子およびナノ構造

このプロトコルでは、表面増強ラマン散乱分光法とイメージングを使用して、単一ナノ粒子上の電気化学的事象をモニタリングする方法について説明しています。...

表面増強ラマン散乱分光法および顕微鏡法による単一ナノ粒子の電気化学の追跡

このプロトコルは、PDMS層間の非接着性バリアとしてシリコーンオイルを導入することにより、ポリジメチルシロキサン(PDMS)ダブルキャスティング技術の改良された離型手順を示しています。プラズマや化学表面改質法とは異なり、このアプローチは特殊な機器や高価な機器を必要としないため、よりアクセスしやすく、費用対効果の高い代替手段となります。...

シリコーンオイル処理によるポリジメチルシロキサン(PDMS)ダブルキャスティングの改良による高密度微細構造の複製

ここでは、ラベルフリー表面強化ラマン分光法(SERS)を用いて個々の小さな細胞外小胞(sEV)を解析するプロトコルを提示し、低侵襲疾患の診断と治療的投与手段としてのsEVの評価を可能にします。...

個々のsEVの表面強化ラマン散乱に基づくバイオセンシングの疾患診断および治療への応用を探る

このプロトコルは、シランでコーティングされたナノ多孔質表面への逐次デジタルパターニングとグラフトを介して滑りやすい三次元構造を製造するための光誘起法を提示します。このアプローチにより、滑りやすい領域の空間制御された形成が可能になり、パターン化された撥液性と界面滑り度の定量分析が可能になり、流体操作や表面工学に応用できます。...

シラン被覆ナノ多孔質構造に基づく滑りやすい表面の光誘起パターニングとグラフト化

学ぶPDMSベースのフレキシブルSERS基板作製法。簡易な銀ナノ粒子合成によりR6GやThiramなどの低濃度物質を高感度検出可能。環境に優しく、複雑な実験条件を必要としない材料科学の新手法です。

超高感度検出のためのポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースのフレキシブル表面増強ラマン散乱(SERS)基板の作製

さらに動画を探す