负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器及其制备方法和应用与流程

本发明涉及红外光学传感，具体涉及一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、红外吸收光谱通过分析分子固有的振动模式引起的特征红外吸收，进而识别分子中的化学键及官能团，可以快速及无损的实现材料的定量分析和结构鉴定，已广泛应用于化学组成分析、环境监测、食品安全检测、爆炸物检测和生物医疗等领域。

2、丝纤维是一种天然的蛋白质资源，是由丝素蛋白组装而成，其具有非凡的机械性能和生物相容性。由于缺乏对丝腺中丝蛋白质-丝纤维组装过程的了解，因此无法在体外通过重组或基因工程丝中重现这些特性。研究发现丝素蛋白可以特异性吸附在石墨烯表面并发生自组装形成丝纳米纤维。丝纳米纤维是将宏观纤维机械性能与微观纤维结构相连的重要介观结构单元，研究其二级结构组成及变化具有重要意义，而现有技术中用于探测丝纳米纤维二级结构的技术并不成熟。

3、石墨烯等离激元能够将红外光波长压缩超过100倍，其等离激元在中红外波段具有局域电场高度增强、动态可调和低本征衰减等优势，能有效增强分子的红外响应，在增强红外光谱领域具有重要的应用价值。

4、迄今为止，国际上尚未将石墨烯等离激元应用于丝纳米纤维二级结构的探测上。因此，如何公开一种能够原位探测丝纳米纤维二级结构的等离激元增强红外光谱传感器是本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器及其制备方法和在原位探测丝纳米纤维二级结构上的应用，填补现有技术在探测丝纳米纤维二级结构上的空白。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、将石墨烯等离激元传感器放置到丝素蛋白水溶液中进行自组装，得到负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器；

5、所述自组装的温度为6～75℃，自组装的时间≤24h。

6、优选的，所述丝素蛋白水溶液的浓度为1～1000μg/ml。

7、优选的，将石墨烯等离激元传感器放置到丝素蛋白水溶液中时，石墨烯等离激元传感器的石墨烯层一侧朝下，并在溶液中倾斜放置，放置的角度为10～60°。

8、本发明的另一目的在于提供一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器，所述负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器包含石墨烯等离激元传感器和丝纳米纤维。

9、优选的，所述丝纳米纤维由丝素蛋白于溶液中在石墨烯层的表面自组装而成。

10、优选的，丝纳米纤维组成的丝纳米纤维层的高度为2～20nm。

11、本发明的再一目的在于提供一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器在原位探测丝纳米纤维二级结构上的应用。

12、本发明至少具有如下有益效果：

13、本发明在石墨烯表面制备具有不同形貌的丝纳米纤维，并且在石墨烯等离激元传感器的石墨烯层上方具有纳米尺度的局域电磁场增强区域，能够测量在其表面的丝纳米纤维，增强等离激元区域内分子的红外吸收。等离激元的吸收频率范围与丝纳米纤维吸收频率范围重合，可以有效探测到丝纳米纤维二级结构的种类。

技术特征：

1.一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白水溶液的浓度为1～1000μg/ml。

3.根据权利要求1或2所述的负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，将石墨烯等离激元传感器放置到丝素蛋白水溶液中时，石墨烯等离激元传感器的石墨烯层一侧朝下，并在溶液中倾斜放置，放置的角度为10～60°。

4.权利要求1～3任意一项所述的方法制备得到的负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器，其特征在于，所述等离激元增强红外光谱传感器包含石墨烯等离激元传感器和丝纳米纤维。

5.根据权利要求4所述的负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器，其特征在于，所述丝纳米纤维由丝素蛋白于溶液中在石墨烯层的表面自组装而成。

6.根据权利要求4或5所述的负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器，其特征在于，丝纳米纤维组成的丝纳米纤维层的高度为2～20nm。

7.权利要求4～6所述的负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器在原位探测丝纳米纤维二级结构上的应用。

技术总结
本发明提供了一种负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器及其制备方法和应用。所述制备方法如下：在指定条件下丝素蛋白在石墨烯表面进行自组装，得到负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器。本发明利用石墨烯与丝素蛋白之间的疏水作用使丝素蛋白可以在石墨烯表面发生自组装，并且石墨烯等离激元的吸收频率范围与丝纳米纤维吸收频率范围重合，因此负载丝纳米纤维的石墨烯等离激元增强红外光谱传感器可以有效探测到丝纳米纤维二级结构的种类，进而可以从纳米尺度了解其二级结构信息，用于原位探测丝纳米原纤维二级结构。

技术研发人员：戴庆,杨晓霞,段谕,吴晨晨,郭相东,戴小康,张姝
受保护的技术使用者：国家纳米科学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15