Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

ייצור מצע פיזור ראמאן גמיש (SERS) מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לזיהוי רגיש במיוחד

Published: November 17, 2023 doi: 10.3791/65595
Automatic Translation
1, 2, 1, 1,3, 1,3, 1, 1
1National Key Laboratory of Advanced Micro and Nano Manufacture Technology, School of Integrated Circuits, Peking University, 2School of Electronic Engineering and Computer Science, Peking University, 3School of Software and Microelectronics, Peking University

Summary

פרוטוקול זה מתאר שיטת ייצור למצע גמיש לפיזור ראמאן משופר על פני השטח. שיטה זו שימשה לאיתור מוצלח של ריכוזים נמוכים של R6G ו Thiram.

Abstract

מאמר זה מציג שיטת ייצור עבור מצע גמיש המיועד לפיזור ראמאן משופר על פני השטח (SERS). ננו-חלקיקי כסף (AgNPs) סונתזו באמצעות תגובת מורכבות המערבת חנקת כסף (AgNO3) ואמוניה, ולאחר מכן הפחתה באמצעות גלוקוז. ה-AgNPs שהתקבלו הציגו התפלגות גודל אחידה שנעה בין 20 ננומטר ל-50 ננומטר. לאחר מכן, 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) שימש כדי לשנות מצע PDMS שטופל על פני השטח עם פלזמה חמצן. תהליך זה הקל על הרכבה עצמית של AgNPs על המצע. הערכה שיטתית של ההשפעה של תנאי ניסוי שונים על ביצועי המצע הובילה לפיתוח מצע SERS עם ביצועים מצוינים וגורם משופר (EF). באמצעות מצע זה הושגו מגבלות גילוי מרשימות של 10-10 M עבור R6G (Rhodamine 6G) ו-10-8 M עבור Thiram. המצע שימש בהצלחה לאיתור שאריות חומרי הדברה על תפוחים, והניב תוצאות משביעות רצון ביותר. מצע SERS הגמיש מדגים פוטנציאל גדול ליישומים בעולם האמיתי, כולל זיהוי בתרחישים מורכבים.

Introduction

פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS), כסוג של פיזור ראמאן, מציע את היתרונות של רגישות גבוהה ותנאי גילוי עדינים, ואף יכול להשיג זיהוי מולקולה בודדת 1,2,3,4. ננו-מבנים מתכתיים, כגון זהב וכסף, משמשים בדרך כלל כמצעי SERS כדי לאפשר זיהוי חומרים 5,6. שיפור צימוד אלקטרומגנטי על משטחים ננו-מבניים ממלא תפקיד משמעותי ביישומי SERS. ננו-מבנים מתכתיים עם גדלים, צורות, מרחקים וקומפוזיציות בין-חלקיקיים שונים יכולים להצטבר וליצור "נקודות חמות" רבות המייצרות שדות אלקטרומגנטיים אינטנסיביים עקב תהודה פלסמונית מקומית של פני השטח 7,8. מחקרים רבים פיתחו ננו-חלקיקי מתכת בעלי מורפולוגיות שונות כמצעי SERS, והראו את יעילותם בהשגת שיפור SERS 9,10.

מצעי SERS גמישים מוצאים יישומים רחבים, עם ננו-מבנים המסוגלים לייצר אפקטים של SERS המופקדים על מצעים גמישים כדי להקל על זיהוי ישיר על משטחים מעוקלים. מצעי SERS גמישים משמשים לגילוי ואיסוף אנליטים על משטחים לא סדירים, לא מישוריים או מעוקלים. מצעי SERS גמישים נפוצים כוללים סיבים, יריעות פולימר ויריעות תחמוצת גרפן11,12,13,14. ביניהם, polydimethylsiloxane (PDMS) הוא אחד החומרים הפולימריים הנפוצים ביותר ומציע יתרונות כגון שקיפות גבוהה, חוזק מתיחה גבוה, יציבות כימית, אי רעילות, הידבקות15,16,17. ל-PDMS חתך ראמאן נמוך, מה שהופך את השפעתו על אות הרמאןלזניחה-18. מאז פרפולימר PDMS הוא בצורה נוזלית, זה יכול להירפא על ידי חום או אור, מתן רמה גבוהה של שליטה ונוחות. מצעי SERS מבוססי PDMS הם מצעי SERS גמישים נפוצים יחסית, לאחר ששימשו במחקרים קודמים להטמעת ננו-חלקיקי מתכת שונים לגילוי חומרים ביוכימיים שונים עם ביצועים מופתיים19,20.

בהכנת מצעי SERS, הייצור של מבני ננו-פער הוא קריטי. טכנולוגיית שיקוע פיזי מציעה יתרונות כמו מדרגיות גבוהה, אחידות ויכולת שחזור, אך בדרך כלל דורשת תנאי ואקום טובים וציוד מיוחד, המגבילים את היישומים המעשיים שלה21. בנוסף, ייצור ננו-מבנים בקנה מידה ננומטרי מעטים נותר מאתגר עם טכניקות שיקוע קונבנציונליות22. כתוצאה מכך, ננו-חלקיקים המסונתזים בשיטות כימיות יכולים להיספח על גבי שכבות שקופות גמישות באמצעות אינטראקציות שונות, מה שמקל על הרכבה עצמית של מבנים מתכתיים בקנה מידה ננומטרי. כדי להבטיח ספיחה מוצלחת, ניתן להתאים אינטראקציות על ידי שינוי פיזי או כימי של משטח הסרט כדי לשנות את הידרופיליות פני השטח שלו23. ננו-חלקיקי כסף, בהשוואה לננו-חלקיקי זהב, מציגים ביצועי SERS טובים יותר, אך חוסר היציבות שלהם, במיוחד רגישותם לחמצון באוויר, גורם לירידה מהירה במקדם שיפור SERS (EF), המשפיע על ביצועי המצע24. לפיכך, חיוני לפתח שיטת חלקיקים יציבה.

נוכחותן של שאריות חומרי הדברה זכתה לתשומת לב רבה, ויצרה צורך דחוף בשיטות איתנות המסוגלות לאתר ולזהות במהירות סוגים שונים של כימיקלים מסוכנים במזון בשטח25,26. מצעי SERS גמישים מציעים יתרונות ייחודיים ביישומים מעשיים, במיוחד בתחום בטיחות המזון. מאמר זה מציג שיטה להכנת מצע SERS גמיש על-ידי חיבור ננו-חלקיקי כסף מסונתזים מצופים גלוקוז (AgNPs) על מצע PDMS (איור 1). נוכחות של גלוקוז מגן על AgNPs, הפחתת חמצון כסף באוויר. המצע מדגים ביצועי גילוי מעולים, מסוגל לזהות רודמין 6G (R6G) נמוך כמו 10-10 M וחומר הדברה Thiram נמוך כמו 10-8 M, עם אחידות טובה. יתר על כן, ניתן להשתמש במצע הגמיש לגילוי באמצעות הדבקה ודגימה, עם תרחישי יישום פוטנציאליים רבים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. סינתזה של ננו-חלקיקים

  1. הכנת תמיסת כסף חנקתי
    1. באמצעות איזון שקילה מדויק, מדדו 0.0017 גרם של חנקת כסף ברמת AR (AgNO3, ראו טבלת חומרים) והוסיפו אותו ל-10 מ"ל מים שעברו דה-יוניזציה (DI). ערבבו את התערובת ליצירת תמיסת AgNO 3 של 10-3 mol/L.
  2. הכנת קומפלקס כסף-אמוניה
    1. קח 1 מ"ל של מי אמוניה בדירוג AR (NH3. H2O, ראה טבלת חומרים) באמצעות מזרק, ולהוסיף אותו טיפה אחר טיפה לתמיסת הכסף החנקתי תוך כדי ערבוב. עצור את התוספת הטיפתית כאשר הפתרון הופך ברור.
  3. הכנת תמיסת הגלוקוז
    1. באמצעות מאזן שקילה מדויק, מדדו 0.36 גרם אבקת גלוקוז ברמת AR (ראו טבלת חומרים) והוסיפו אותה ל-10 מ"ל מים DI. ערבבו היטב את התערובת ליצירת תמיסת גלוקוז בנפח 0.2 M.
  4. סינתזה של חלקיקי כסף (AgNPs)
    1. השתמש באקדח פיפטה כדי להוסיף 30 μL של קומפלקס כסף-אמוניה (מוכן בשלב 1.2) לתמיסת גלוקוז (מוכן בשלב 1.3) במרווחים של 30 דקות. חזור על תהליך זה 4-6 פעמים תוך כדי ערבוב עד שהתמיסה הופכת צהובה.

2. הכנת מצעים גמישים

  1. הכנת מצע PDMS
    1. כדי לסנתז את מצע ה-PDMS, יש ליטול כ-5 גרם של תמיסת PDMS A ולהוסיף תמיסת B (מתוך ערכה מסחרית, ראו טבלת חומרים) ביחס של 1:10.
    2. ערבבו וערבבו היטב את תמיסות PDMS A ו-B.
    3. מעבירים את ה-PDMS המעורב לתבנית מרובעת ואופים אותו בתנור של 80°C למשך שעתיים.
    4. לאחר הריפוי בתהליך הנ"ל, השתמשו באזמל כדי לחתוך את ה-PDMS לאורך הרשת הכהה של צלחת הפטרי, וצרו קוביות PDMS קטנות בממדים של כ-1X1 ס"מ.
  2. שינוי פני השטח
    1. נושא את חתיכות PDMS קטנות הנ"ל לטיפול פלזמה. השתמש במעבד פלזמה ידני (ראה טבלת חומרים) והזז אותו קדימה ואחורה כ 5-10 ס"מ מעל פני השטח PDMS כדי לבצע טיפול פלזמה פני השטח.
    2. השתמש במעבד הפלזמה כדי לשנות את פני השטח, ולגרום להיווצרות קבוצות הידרוקסיל על פני השטח PDMS, מה שהופך אותו הידרופילי27.
  3. שינוי עם APTES
    1. הכן פתרון APTES של 10% (ראה טבלת חומרים).
    2. טבול את PDMS שעבר שינוי פני שטח שהושג בשלב 2.2 לתוך פתרון APTES ואפשר לו לשבת במשך 10 שעות. זה מאפשר ל-APTES להיקשר לקבוצות ההידרוקסיל על פני השטח של PDMS.
  4. הרכבה עצמית של AgNPs
    1. לטבול את מצע PDMS שהתקבל בשלב 2.3 לתוך פתרון AgNPs מסונתז בשלב 1.4 במשך 10 שעות. זה מרכיב בעצמו את AgNPs על מצע PDMS, ויוצר את מצע זיהוי SERS הגמיש הסופי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

במחקר זה פותח מצע SERS גמיש המורכב מ-AgNPs סינתטיים עטופים בגלוקוז ומורכבים בעצמם על PDMS באמצעות APTES, ומשיגים ביצועי זיהוי מצוינים עבור יישומי זיהוי חומרי הדברה מעשיים. גבולות הזיהוי של R6G ו-Thiram הושגו שניהם ב-10-10 M וב-10-8 M, בהתאמה, עם מקדם שיפור (EF) של 1 x 10 5. יתר על כן, המצע הפגין אחידות.

ה-AgNPs העטופים בגלוקוז סונתזו בשיטת טולנס משופרת28,29. מכלול AgNPs זה לא רק יצר אות SERS חזק, אלא גם הגן ביעילות על הכסף ב- AgNPs מפני חמצון, תוך שמירה על ביצועי הזיהוי. מתמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק סביבתי (ESEM) באיור 2, החלקיקים המסונתזים נראו אחידים יחסית, כאשר רובם היו בעלי קטרים בין 40 ל-50 ננומטר. השכבה החיצונית של AgNPs הייתה עטופה בשכבת גלוקוז. מבנה זה סיפק שכבה דיאלקטרית לשכבה החיצונית של AgNPs והגן על חלקיקי הכסף מפני חמצון בעת חשיפה לאוויר, תוך שמירה על ביצועי SERS.

ניכר כי שדה חשמלי משופר חזק נוצר בין המרווחים של AgNPs, המשמש כגורם העיקרי לאות SERS. לכן, המצע משותק בצפיפות עם AgNPs על מצעים גמישים כדי להשיג ביצועים משופרים (איור 3). המצע הגמיש SERS בהרכבה עצמית שפותח במחקר זה הוא פשוט, איכותי וללא חומרים רעילים או מזיקים, מה שהופך אותו לידידותי לסביבה.

המצע הגמיש SERS שהוכן במחקר זה הציג ביצועי זיהוי מצוינים. כדי להעריך מצע SERS, ההיבט הקריטי הוא יכולת הזיהוי שלו. כאן, גורם ההשבחה (EF) הוגדר כדי להעריך את ביצועי ההשבחה של המצע, ו- R6G (ראה טבלת חומרים) שימש לקביעת מגבלת הזיהוי. ה-EF תואר על ידי30:

EF = (ISERS / IRaman) × (NRaman / NSERS)

מיקומי השיא31 של R6G והערכים המתאימים להם מוצגים בטבלה 1.

במחקר זה, ספקטרום הרמאן התקבל באמצעות לייזר 633 ננומטר עם מטרות 10x ו 50x. זמן האינטגרציה נקבע על 10 שניות לרכישת ספקטרום במהלך המדידה, כאשר עוצמת הלייזר של האירוע עמדה על 3.7 מגוואט. על-ידי הוספת 30 μL של תמיסות R6G בריכוזים משתנים על המצע והתבוננות באות הרמאן באמצעות גילוי ישיר, איור 4 ממחיש שהמצע הפגין יכולת גילוי מצוינת, והגיע לגבול גילוי של 10-10 M עבור R6G, דבר המעיד על ביצועי גילוי חזקים. לאחר מכן, תוך שימוש ב-10-5 M R6G כבדיקת הבדיקה, חושב מקדם ההשבחה (EF) של המצע כ-1 x 10 5 (תהליך החישוב מפורט בקובץ משלים 1), מה שמדגים אפקט שיפור בולט (איור 5).

מצע SERS הגמיש איפשר איתור חומרי הדברה. Thiram, חומר הדברה נפוץ dithiocarbamate (DTC) בגידול פירות וירקות, נועד לשלוט במחלות פטרייתיות ולמנוע הידרדרות במהלך אחסון והובלה32. עם זאת, חשיפה חוזרת או בליעה של שאריות Thiram עלולה לגרום לבעיות בריאותיות כגון עייפות, אובדן טונוס שרירים ומומים חמורים בעובר33,34. לכן, השגת זיהוי Thiram ברמת עקבות על פני השטח של פירות וירקות הוא קריטי. פסגות הראמאן35 של תירם וסיבתן מתוארות בטבלה 2.

ריכוזים שונים של תיראם הוחלו על המצע הגמיש כדי להעריך את ביצועי הגילוי שלו. איור 6 מראה שעבור זיהוי תיראם, שלוש הפסגות האופייניות העיקריות שלו ברורות, וגבול הגילוי מגיע ל-10-8 מ'.

המצע הגמיש איפשר גילויים מעשיים. בחיי היומיום, שאריות חומרי הדברה לעיתים נשארות על פני השטח של פירות. צריכת פירות לא שטופים עלולה להוות סיכונים בריאותיים. במחקר זה, מצע SERS גמיש יושם בשיטת "הדבק וקילוף", הצמדת המצע לפני השטח של תפוח ולאחר מכן הוצאתו לבדיקה.

איור 7 ממחיש כי בשיטה זו הושג זיהוי של 10-7 M Thiram, עם קווים ספקטרליים ברורים יחסית. לפיכך, מצע SERS גמיש שהוכן יכול להקל על שיטת זיהוי "הדבק וקילוף", לזהות ביעילות שאריות חומרי הדברה על משטחי פרי, ולהציע יישומים מעשיים יקרי ערך.

מצע ה-SERS הגמיש שהוצג במחקר זה לא רק הציג ביצועי זיהוי יוצאי דופן, אלא גם הציע תרחישי יישום מעשיים.

Figure 1
איור 1: תכנון סכמטי של מצע ה-SERS הגמיש PDMS. איור המתאר את העיצוב של המצע הגמיש PDMS (Polydimethylsiloxane) המשמש לניסויי פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תמונת ESEM של AgNPs מסונתזים. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק סביבה (ESEM) המציגה את AgNPs (ננו-חלקיקי כסף) מסונתזים. סרגל קנה המידה בתמונה הוא 2 מיקרומטר, וקוטר ה- AgNPs נע בין כ- 20 ננומטר ל- 50 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: סימולציה של AgNPs. סימולציה המראה AgNPs (ננו-חלקיקי כסף) עם שיפור שדה מקומי משמעותי המתרחש במרווח בין החלקיקים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: אותות SERS של ריכוזי R6G שונים. אותות פיזור ראמאן משופרים על פני השטח (SERS) המתקבלים עבור ריכוזים שונים של R6G (רודאמין 6G). מיקומי השיא באיור תואמים לאלה שבטבלה 1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: אותות SERS של R6G על המצע הגמיש. אותות פיזור ראמאן משופרים על פני השטח (SERS) של R6G (Rhodamine 6G) שנאספו מ-10 נקודות אקראיות על המצע הגמיש כדי להדגים אחידות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: אותות SERS של ריכוזי Thiram שונים. אותות פיזור ראמאן משופרים על פני השטח (SERS) המתקבלים עבור ריכוזים שונים של תיראם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: אותות SERS של Thiram על פני הפרי. אותות פיזור ראמאן משופרים על פני השטח (SERS) של Thiram המתקבלים מפני השטח של תפוח בשיטת "הדבק וקילף". מגבלת הגילוי הגיעה ל 10-7 מ 'של Thiram. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

מיקום שיא (cm-1) הקצאה
612 רטט כיפוף C-C-C במישור
774 C-H מתיחה
1127 C-H רטט כיפוף במישור
1180 רטט כיפוף C-H ו-N-H
1310 C=C מתיחה
1364 רטט מתיחה של קשר C-C
1509 רטט מתיחה של קשר C-C
1574 רטט מתיחה של קשר C=O
1647 רטט מתיחה של קשר C-C

טבלה 1: הסטת ראמאן והקצאת מצב תדר בספקטרום R6G SERS. טבלה המפרטת את ערכי היסט הרמאן ואת הקצאות מצב התדר המתאים להם בספקטרום פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS) של R6G (רודאמין 6G).

מיקום שיא (cm-1) הקצאה
440 עיוות CH3-N-C (δ (CH3-N-C)), C=S מתיחה (υ(C=S))
549 מתיחה סימטרית S-S (υs (S-S))
928 C=S מתיחה (υ (C=S)), מתיחה C-N (υ (CH3-N))
1136 מתיחה C-N (υ (C-N)), מצבי CH3 המתנדנדים (ρ(CH3))
1388 מתיחה C-N (υ (C-N)), עיוות סימטרי CH3 (υ(C=S))

טבלה 2: הקצאת מצב הסטת ראמאן ותדר בספקטרום Thiram SERS. טבלה המפרטת את ערכי היסט הרמאן ואת הקצאות מצב התדר המתאים להם בספקטרום פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS) של Thiram.

קובץ משלים 1: חישוב מקדם השבחה (ER). אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

במחקר זה הוצג מצע SERS גמיש, אשר חיבר AgNPs ל- PDMS באמצעות שינוי כימי והשיג ביצועים מצוינים. במהלך סינתזת חלקיקים, במיוחד בסינתזה של קומפלקס אמוניה כסופה (שלב 1.2), צבע התמיסה משחק תפקיד מכריע. הוספת כמות גדולה מדי של מי אמוניה עלולה להשפיע לרעה על איכות הסינתזה של AgNPs, מה שעלול להוביל לתוצאות גילוי לא מוצלחות. יש לשים לב לשינוי המצע (שלב 2.2) במהלך תהליך הסינתזה; אחרת, ייתכן שרכיבי AgNP לא יתחברו כראוי ל-PDMS, וכתוצאה מכך ביצועי הזיהוי ייחלשו.

בהכנות מעשיות, ביצועי הזיהוי של מצע SERS עשויים להפגין חוסר יציבות22. זה יכול להיות אופטימיזציה על ידי שינוי הממס של החומר. לדוגמה, שימוש באצטוניטריל כממס עבור Thiram מניב תוצאות טובות יותר מאשר שימוש באתנול. בנוסף, האיכות של Thiram יכולה להשפיע על אות SERS שזוהה, תוך הדגשת החשיבות של הבטחת כי ריאגנטים בשימוש נמצאים בתוך תאריכי התפוגה שלהם במהלך זיהוי.

בהשוואה למחקרים אחרים36,37,38, שיטת הזיהוי של המצע הגמיש SERS המוצעת במחקר זה היא פשוטה. AgNPs ניתן לסנתז בקלות באמצעות שיטה פשוטה, הימנעות הצורך בתנאי ניסוי מורכבים וסביבות, כמו גם תהליכי ייצור מורכבים. המצע ידידותי לסביבה ואינו מכניס מזהמים מזיקים. עם זאת, יש לציין כי בשל שכבת הגלוקוז סביב AgNPs, זה יכול להחליש את אפקט ההשבחה של חלקיקי כסף, דבר המצביע על כך שיש צורך בשיפור נוסף בגורם ההשבחה (EF) של מצע SERS. המצע הגמיש SERS, שהוכן בשיטה במחקר זה, דורש גם מחקר נוסף בזיהוי ביומולקולות.

מצע SERS גמיש המוצע במחקר זה מדגים ישימות בתרחישים מהחיים האמיתיים, מעשיר את השיטות לאיתור שאריות חומרי הדברה ונושא השלכות משמעותיות. יתר על כן, ביישומים עתידיים, מצע SERS גמיש טומן בחובו פוטנציאל גדול ליישומים ביו-רפואיים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.

Acknowledgments

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס '61974004 ו -61931018), כמו גם תוכנית המו"פ הלאומית של סין (מענק מס '2021YFB3200100). המחקר מודה למעבדה למיקרוסקופיית אלקטרונים באוניברסיטת פקין על מתן גישה למיקרוסקופ אלקטרונים. בנוסף, המחקר מודה ליינג קוי ולבית הספר למדעי כדור הארץ והחלל באוניברסיטת פקין על עזרתם במדידות ראמאן.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ammonia (NH3.H2O, 25%) Beijing Chemical Works
APTES (98%) Beyotime ST1087
BD-20AC Laboratory Chrona Treater Electro-Technic Products Inc. 12051A
D-glucose Beijing Chemical Works
Environmental Scanning electron microscope (ESEM) FEI QUANTA 250
Raman microscope Horiba JY LabRAM HR Evolution
Rhodamine 6G Beijing Chemical Works
Silicone Elastomer Base and Silicone Elastomer Curing Agent Dow Corning Corporation SYLGARD 184
Silver nitrate Beijing Chemical Works
Thiram (C6H12N2S2, 99.9%) Beijing Chemical Works

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

החודש ב- JoVE גיליון 201 פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS) מצע גמיש AgNPs זיהוי ביוכימי
ייצור מצע פיזור ראמאן גמיש (SERS) מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לזיהוי רגיש במיוחד
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lin, G., Zhu, J., Wang, Y., Yang,… More

Lin, G., Zhu, J., Wang, Y., Yang, B., Xiong, S., Zhang, J., Wu, W. Fabrication of polydimethylsiloxane (PDMS)-Based Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrate for Ultrasensitive Detection. J. Vis. Exp. (201), e65595, doi:10.3791/65595 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter