一种表面增强拉曼光谱湿巾及其制备方法与应用与流程

本发明属于灵敏检测分析技术领域，尤其涉及一种表面增强拉曼光谱湿巾及其制备方法与应用。

背景技术

表面增强拉曼光谱(sers)技术是一种重要的微量分析检测手段，在极其复杂的体系中仅仅依靠增强目标分子或者基团就可以得到简单明了的光谱信息，并且能将增强因子增高到10¹⁴-10¹⁵，这使得单分子检测成为可能。

众所周知，sers技术需要与其相匹配的基底，微量检测是sers技术尤为重要的应用方向之一，这就要求基底必须满足以下条件：一是取样简便、易操作；二是重现性与稳定性好；三是检测灵敏度高；四是制备简单、携带方便、性价比高，经受得住市场的考验。

虽然碳材料、贵金属纳米材料以及氧化物材料直接作为sers基底虽然制备方法简便，灵敏度高但是无法克服其取样繁琐、稳定性差、无法直接应用到现场检测中的劣势。几十年来，围绕着各色化学方法及物理方法进行sers基底的制备工作取得了许多长足的发展，目前，实验室使用的sers基底大多是以硅片、玻璃片或多孔氧化铝为支撑物，在上面滴加或者修饰贵金属纳米结构，然而这些支撑材料价格昂贵，制备过程繁琐，并且依旧无法弥补传统sers基底重现性及灵敏度差、施用范围受限的短板。

sers基底的灵敏的探测能力主要是基于贵金属纳米粒子的局域表面等离子体共振特性所形成增强的局域电磁场。目前为止，为进一步增强sers信号强度，已开发出大量具有独特形貌的贵金属纳米粒子，如纳米二聚体，纳米立方体，纳米星以及纳米海胆等来获得更高的局域电磁场强度。但是由于上述贵金属具有分散性差，不易被吸附的缺陷，虽然具有较高的化学活性，但是这些具有特殊形貌的纳米材料容易变形，进而失去sers活性。而枝状金纳米颗粒虽然较高的化学活性，但是不易被吸附在硅片、玻璃片或多孔氧化铝为支撑物上。

技术实现要素：

为了解决目前sers基底存在的诸多问题，本发明提供了一种表面增强拉曼光谱湿巾及其制备方法与应用，本发明的表面增强拉曼光谱湿巾大大提高了sers检测信号的重现性及稳定性，改善了sers的检测效果，是一种高灵敏度的表面增强拉曼光谱湿巾，可应用在农药残留、污染物、非法添加剂等微量残留物检测中。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明的第一方面提供了一种表面增强拉曼光谱湿巾的制备方法，在经过洁净处理的纸质衬底表面通过物理沉积法覆盖上枝状金纳米颗粒，负载枝状金纳米颗粒的纸质衬底浸没到保湿剂中取出得表面增强拉曼光谱湿巾。由于湿巾式的sers基底具备轻、薄、成本低、制备工艺简单、储存容量大、吸附及富集能力强、可进行批量生产等特点，有希望成为sers检测的最佳选择。

优选的，所述纸质衬底选择多孔超薄的纤维纸、面膜纸或者无纺布中的一种。

优选的，纸质衬底洁净处理的步骤：将干燥纸质衬底完全铺展在无水乙醇中超声30分钟后用双重蒸馏水反复漂洗；然后将纸质衬底完全铺展在双重蒸馏水中超声30分钟后取出，在洁净的环境中干燥。

优选的，物理沉积法的步骤为：枝状金纳米颗粒分散到双重蒸馏水中制得枝状金属纳米溶胶材料；纸质衬底放入枝状金属纳米溶胶材料中浸泡蘸取枝状金纳米颗粒。

优选的，负载枝状金纳米颗粒的纸质衬底完全浸没到80％的丙三醇溶液中蘸取保湿剂，倾斜取出得表面增强拉曼光谱湿巾。

优选的，枝状金纳米颗粒采用表面活性剂法合成：将表面活性剂与氯金酸混合形成枝状金属纳米前驱物水溶液，然后加入抗坏血酸溶液静置，经反复离心，超声处理后收集沉淀得单体结构为100nm-2000nm的枝状金纳米颗粒；其中加入的表面活性剂、氯金酸与抗坏血酸的摩尔比为：6：1.6：5。此比例下制备得到的100nm-2000nm的枝状金纳米材料尺寸均一，结构相似，并且能生长出更为精细的二级枝状，能因此具有更多更好的“热点”结构，大大增强sers检测湿巾的灵敏度。产物分散性良好，能快速有效地被衬底浸润吸附，从而显著改善sers检测的重现性。

优选的，所述表面活性剂采用实验室制备，制备步骤：将长链烷烃的二卤代物与1-甲基吡咯按物质的量之比为1：2的比例加入到过量丙酮溶液中，避光搅拌30分钟；在氮气气氛保护下70℃回流冷凝48小时制得表面活性剂。

优选的，所述长链烷烃的二卤代物选择1，10-二溴癸烷、1，8-二溴辛烷或者1，12-二溴十二烷中的一种。

本发明另一方面提供根据上述任一项所述的制备方法制备的一种表面增强拉曼光谱湿巾。

本发明的第三方面提供一种表面增强拉曼光谱湿巾在微量残留物检测中的应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明表面增强拉曼光谱湿巾不仅可在现场检测中完成对罗丹明6g等拉曼信号特别强的染料分子的检测，还可以应用于化学或者生物探针分子中，上述探针分子可包括农药残留物类、兴奋剂类、环境污染物类、非法添加剂分子等拉曼信号不太强的分子中。

(2)本发明湿巾式sers基底简化了取样，使sers检测的样本采集从实验室走向超市、田间、事故现场，大大扩展了sers技术的应用范围。

(3)本发明优先选用纤维纸，面膜纸、无纺布进行洁净化处理，由于纸张表面十分粗糙，还有大量的微纳米结构以及褶皱结构，而这些微纳米结构表面含有极其丰富的羟基基团，因此可以通过物理吸附或者形成表面氢键作用力将金纳米颗粒固定在纸张表面。

(4)本发明采用表面活性剂法合成枝状金纳米颗粒，该材料丰富的“热点”结构，枝状以及尖端都可以大大增强sers检测的灵敏度，降低检测限。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是按照发明内容中所述的实验步骤制备得到的sers湿巾实体图；

图2是湿巾中所负载的枝状金属纳米单体的透射电子显微镜图；

图3是使用本发明湿巾采集罗丹明6g样品进行sers检测所得到的吸收光谱图；

图4是本发明湿巾采集罗丹明6g样品的重现性检测结果图；

图5是使用本发明湿巾采集氟虫腈样品进行sers检测所得到的吸收光谱图；

图6是使用本发明湿巾采集双酚a样品进行sers检测所得到的吸收光谱图；

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的sers基底的制备工作取得了许多长足的发展，但仍旧存在着重现性差、稳定性差、基底制备困难、取样繁琐、不易保存等重要的实际问题。鉴于此，由于湿巾式的sers基底具备轻、薄、成本低、制备工艺简单、储存容量大、吸附及富集能力强、可进行批量生产等特点有希望成为sers检测的最佳选择。

一种表面增强拉曼光谱湿巾的制备方法，在经过洁净处理的纸质衬底表面通过物理沉积法覆盖上枝状金纳米颗粒，负载枝状金纳米颗粒的衬底浸没到保湿剂中取出得表面增强拉曼光谱湿巾。

选择纸质衬底是由于纸张表面十分粗糙，还有大量的微纳米结构以及褶皱结构，而这些微纳米结构表面含有极其丰富的羟基基团，因此可以通过物理吸附或者形成表面氢键作用力将金纳米颗粒固定在纸张表面。

选择枝状金纳米颗粒作为吸附的对象，是因为枝状金纳米颗粒具有胶体均匀易分散的性质，同时枝状结构容易发生吸附，不容易从衬底材料上脱落，在众多的形貌各异的纳米结构中，枝状分形结构因其具有更为复杂的晶体结构、大的比表面、高活性、尖锐的边缘结构等特性而在sers检测方面具有巨大的应用空间。枝状金纳米颗粒具备丰富的“热点”结构，枝状以及尖端的结构特性都可以大大增强sers检测的灵敏度，降低检测限。

本发明公开的一种表面增强拉曼光谱湿巾的制备方法与现有的sers基底制备技术相比，具有成本低、灵敏度及重复性高、稳定性良好、吸附及富集能力强、制备工艺简便、便于携带和可批量生产优点。并且弥补了传统和实验室sers基底施用范围受限、无法直接应用于现场取样及检测等劣势。

所述纸质衬底选择多孔超薄的纤维纸、面膜纸或者无纺布中的一种。选用多孔超薄的纤维纸，面膜纸、无纺布，由于纸张表面十分粗糙，还有大量的微纳米结构以及褶皱结构，而这些微纳米结构表面含有极其丰富的羟基基团，因此可以通过物理吸附或者形成表面氢键作用力将金纳米颗粒固定在纸张表面。

衬底洁净处理的步骤：将干燥纸质衬底完全铺展在无水乙醇中超声30分钟后用双重蒸馏水反复漂洗；然后将纸质衬底完全铺展在双重蒸馏水中超声30分钟后取出，在洁净的环境中干燥。

对纸质衬底进行预处理能有效地将湿巾表面洁净化，可以有效防止湿巾上附带的其他杂质对待测物质的检测产生影响。

优选的，物理沉积法的步骤为：枝状金纳米颗粒分散到双重蒸馏水中制得枝状金属纳米溶胶材料；衬底放入枝状金属纳米溶胶材料中浸泡蘸取枝状金纳米颗粒。采用物理沉积的方法进行制备，制备方法简单，方便操作。

优选的，负载枝状金纳米颗粒的衬底完全浸没到80％的丙三醇溶液中蘸取保湿剂，倾斜取出得表面增强拉曼光谱湿巾。

优选的，枝状金纳米颗粒采用表面活性剂法合成：将表面活性剂与氯金酸混合形成枝状金属纳米前驱物水溶液，然后加入抗坏血酸溶液静置，经反复离心，超声处理后收集沉淀得单体结构为100nm-2000nm的枝状金纳米颗粒；其中加入的表面活性剂、氯金酸与抗坏血酸的摩尔比为：6：1.6：5。

金纳米颗粒采用表面活性剂法合成，表面活性剂法制备简单方便，危险性低，并且相比电化学沉积法、金属置换法等方法，表面活性剂法能有效降低产物的团聚性，产物得到有效分散，能快速有效地被衬底浸润吸附，从而有效改善sers检测的重现性。

制备得到的100nm-2000nm的枝状金纳米材料尺寸均一，结构相似，并且能生长出更为精细的二级枝状，能因此具有更多更好的“热点”结构，大大增强sers检测湿巾的灵敏度。产物分散性良好，能快速有效地被衬底浸润吸附，从而显著改善sers检测的重现性。

优选的，所述表面活性剂采用实验室制备，制备步骤：将长链烷烃的二卤代物与1-甲基吡咯按物质的量之比为1：2的比例加入到过量丙酮溶液中，避光搅拌30分钟；在氮气气氛保护下70℃回流冷凝48小时制得表面活性剂。

选择长链烷烃的二卤代物制备表面活性剂是因为长链烷烃表面活性剂对金纳米枝装结构的形成有调控作用。

优选的，所述长链烷烃的二卤代物选择1，10-二溴癸烷、1，8-二溴辛烷或者1，12-二溴十二烷中的一种。

根据上述任一项所述的制备方法制备的一种表面增强拉曼光谱湿巾。

一种表面增强拉曼光谱湿巾在微量残留物检测中的应用。表面增强拉曼光谱湿巾不仅可在现场检测中完成对罗丹明6g等拉曼信号特别强的染料分子的检测，还可以应用于化学或者生物探针分子中，上述探针分子可包括农药残留物类、兴奋剂类、环境污染物类、非法添加剂分子等拉曼信号不太强的分子中。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例中采用的所有试剂均为市售，其生产厂家和批号如下：

1，10-二溴癸烷：购自上海麦克林生化科技有限公司，批号：c10097715；

甲基吡咯烷：购自上海麦克林生化科技有限公司，批号：c10099940；

氯金酸：购自国药集团化学试剂有限公司，批号：20170313；

抗坏血酸:购自国药集团化学试剂有限公司，批号：20170524；

丙三醇：购自国药集团化学试剂有限公司，批号：20170909；

罗丹明6g：购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，批号：200708074；

氟虫腈：购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，批号：g1727032；

双酚a：购自百灵威科技有限公司，批号：lh60m21。

实施例1

(1)将干燥的白色纤维纸放入无水乙醇中使其完全铺展开，超声30分钟后用双重蒸馏水反复漂洗；然后将纤维纸完全铺展在双重蒸馏水中超声30分钟后取出，在洁净的环境中干燥；

(2)将9份0.1mol/l的表面活性剂水溶液加入到100份双重蒸馏水中，搅拌均匀后加入1份0.24mol/l氯金酸水溶液，混合均匀后二者形成黄色的前驱物，然后向前驱物中加入7.5份0.1mol/l抗坏血酸水溶液，溶液由先前的黄色迅速变成蓝灰色，静置24小时使枝状结构熟化稳定后，经过8000转/分钟离心15分钟，倒掉上清液后再加入适量双重蒸馏水超声洗涤后除去上清液，重复该操作三次得到单体结构为100nm-2000nm的枝状金纳米颗粒；所涉及表面活性剂的具体合成方法如下：将1，10-二溴癸烷与1-甲基吡咯按物质的量之比为1：2的比例加入到过量丙酮溶液中，避光搅拌30分钟。在氮气气氛保护下70℃回流冷凝48小时制得表面活性剂；

(3)将(2)中金纳米颗粒分散到双重蒸馏水中制得金属纳米溶胶材料；

(4)将(1)中制备得到的干燥纤维纸放入(3)中制备得到的金属纳米溶胶材料中浸泡蘸取金纳米颗粒；

(5)将(4)中得到的初步负载金纳米颗粒的纤维纸完全浸没到80％的丙三醇溶液中蘸取保湿剂，片刻后倾斜取出即得表面增强拉曼光谱湿巾，将其完全铺展到洁净干燥的纤维纸上，在自封袋中进行密封封存。

制备的表面增强拉曼光谱湿巾，负载高“热点”结构的枝状金纳米颗粒，使用保湿剂进行保湿后进行密封保存，成品见图1所示，图2为本发明湿巾包涵的枝状金纳米单体的透射电子显微镜图。在喷洒罗丹明6g的苹果表面用湿巾分别反复擦取后即完成取样。将20片湿巾重复擦拭已喷洒罗丹明6g的苹果表面，即完成重复性检测实验中罗丹明6g样品的取样。将完成取样之后的湿巾分别进行sers检测，sers条件为激光波长：638nm；积分时间：3秒；积分次数：2次。

罗丹明6g，又名玫瑰红6g，是一种激光染料、荧光染料，广泛用作检测线粒体膜电位，也常用于细胞凋亡检测。从图3中可以看到，本发明湿巾可以很简便有效地完成对苹果表面罗丹明样品的取样，利用sers技术对本发明湿巾所采集得到的罗丹明6g样品进行检测，获得了极为显著的罗丹明6g的sers光谱吸收峰，这说明该取样方式有效。

为了验证湿巾的重现性，我们对罗丹明6g样品进行了20次重复操作，用罗丹明6g做探针分子测试湿巾取样的重现性光谱图见图4，谱线展现出良好的重复性，证明了本发明湿巾的重复性是可信的，这说明本湿巾在罗丹明的检测以及取样方面有着极大的应用潜力以及良好的重现性。

实施例2

(1)将干燥的面膜纸放入无水乙醇中使其完全铺展开，超声30分钟后用双重蒸馏水反复漂洗；然后将面膜纸完全铺展在双重蒸馏水中超声30分钟后取出，在洁净的环境中干燥；

(2)将9份0.1mol/l的表面活性剂水溶液加入到100份双重蒸馏水中，搅拌均匀后加入1份0.24mol/l氯金酸水溶液，混合均匀后二者形成黄色的前驱物，然后向前驱物中加入7.5份0.1mol/l抗坏血酸水溶液，溶液由先前的黄色迅速变成蓝灰色，静置24小时使枝状结构熟化稳定后，经过8000转/分钟离心15分钟，倒掉上清液后再加入适量双重蒸馏水超声洗涤后除去上清液，重复该操作三次得到单体结构为100nm-2000nm的枝状金纳米颗粒；所涉及表面活性剂的具体合成方法如下：将1，8-二溴辛烷与1-甲基吡咯按物质的量之比为1：2的比例加入到过量丙酮溶液中，避光搅拌30分钟。在氮气气氛保护下70℃回流冷凝48小时制得表面活性剂；

(3)将(2)中金纳米颗粒分散到双重蒸馏水中制得金属纳米溶胶材料；

(4)将(1)中制备得到的干燥面膜纸放入(3)中制备得到的金属纳米溶胶材料中浸泡蘸取金纳米颗粒；

(5)将(4)中得到的初步负载金纳米颗粒的面膜纸完全浸没到80％的丙三醇溶液中蘸取保湿剂，片刻后倾斜取出即得表面增强拉曼光谱湿巾，将其完全铺展到洁净干燥的面膜纸上，在自封袋中进行密封封存。

氟虫腈是一种苯基吡唑类杀虫剂，光解产生高毒性难降解的光解产物，是被世界卫生组织界定为对人类有中等毒性的药品。在被氟虫腈溶液浸泡过的鸡蛋表面用湿巾反复擦取后即完成取样。将完成取样之后的湿巾进行sers检测，sers条件为激光波长：638nm；积分时间：3秒；积分次数：2次。

从图5中可以看出，本发明湿巾同样能简便有效地完成对氟虫腈的取样，将完成取样的湿巾进行sers检测，图谱结果展示出强烈的氟虫腈特征吸收峰，吸收峰强度高且峰分离效果较好，实施例结果表明该取样方式在鸡蛋中氟虫腈残留检测方面有良好的应用前景。

实施例3

(1)将干燥的无纺布放入无水乙醇中使其完全铺展开，超声30分钟后用双重蒸馏水反复漂洗；然后将无纺布完全铺展在双重蒸馏水中超声30分钟后取出，在洁净的环境中干燥；

(2)将9份0.1mol/l的表面活性剂水溶液加入到100份双重蒸馏水中，搅拌均匀后加入1份0.24mol/l氯金酸水溶液，混合均匀后二者形成黄色的前驱物，然后向前驱物中加入7.5份0.1mol/l抗坏血酸水溶液，溶液由先前的黄色迅速变成蓝灰色，静置24小时使枝状结构熟化稳定后，经过8000转/分钟离心15分钟，倒掉上清液后再加入适量双重蒸馏水超声洗涤后除去上清液，重复该操作三次得到单体结构为100nm-2000nm的枝状金纳米颗粒；所涉及表面活性剂的具体合成方法如下：将1，12-二溴十二烷与1-甲基吡咯按物质的量之比为1：2的比例加入到过量丙酮溶液中，避光搅拌30分钟。在氮气气氛保护下70℃回流冷凝48小时制得表面活性剂；

(3)将(2)中金纳米颗粒分散到双重蒸馏水中制得金属纳米溶胶材料；

(4)将(1)中制备得到的干燥无纺布放入(3)中制备得到的金属纳米溶胶材料中浸泡蘸取金纳米颗粒；

(5)将(4)中得到的初步负载金纳米颗粒的无纺布完全浸没到80％的丙三醇溶液中蘸取保湿剂，片刻后倾斜取出即得表面增强拉曼光谱湿巾，将其完全铺展到洁净干燥的无纺布上，在自封袋中进行密封封存。

双酚a是一种重要的有机化工原料，被用于制造塑料瓶、食品和饮料罐内侧涂层、幼儿用的吸口杯等，但双酚a也能导致内分泌失调，威胁着胎儿和儿童的健康。癌症和新陈代谢紊乱导致的肥胖也被认为与此有关。在喷洒双酚a的奶粉罐表面用湿巾反复擦取后即完成取样。将完成取样之后的湿巾进行sers检测，sers条件为激光波长：638nm；积分时间：3秒；积分次数：2次。

从图6中可以看出，本发明湿巾同样能简便有效地完成对双酚a的取样，将完成取样的湿巾进行sers检测后获得了拥有明显特征吸收峰的sers图谱，这表明该取样方式应用到奶粉罐上双酚a的残留检测上同样能取得良好的效果。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。