經(jīng)濟型金納米SERS增強芯片WSER-3

第一章背景介紹

SERS 技術(shù)

表面增強拉曼技術(shù) (Sur也.ce Enhan臼d RamanSpe飩'Osc句y; SERS) 通過貴金

屬(金或銀〉納米結(jié)構(gòu)的電磁場增強效應(yīng)，將吸附于 SBRS 基底上的目標(biāo)分子的 拉曼信號放大百萬倍以上，從而實現(xiàn)多種物質(zhì)痕量檢測.其濃度檢測范圍一般為 ppb"'ppm 級別。

目前SERS   痕量檢測技術(shù)己發(fā)展成為食品安全快速檢測技術(shù).同時

SERS 技術(shù)還廣泛應(yīng)用于環(huán)堤檢測，公共安全，生物醫(yī)藥及科研領(lǐng)域.

拉曼效應(yīng)

拉曼效應(yīng)指物質(zhì)分子由于運動而吸收光能，隨后通過再輻射向四周散射光 能。拉曼散射中輻射光與入射光(吸收光〉能量不同，其差值表達(dá)了物質(zhì)分子的 結(jié)構(gòu)特征.拉曼效應(yīng)存在于一切分子中，無論氣體，液體或固體，其散射頻率一 般是分子內(nèi)部振動或轉(zhuǎn)動頻率.類似于每個人都有不同于他人的指紋，每一種物 質(zhì)〈分子〉有自己的特征拉曼光譜，因之人們可以根據(jù)物質(zhì)的拉曼譜圖鑒定這一 物質(zhì).目前全球范圍內(nèi)己收集了超過 90ω 種物質(zhì)的拉曼譜圖。

SERS 光譜 VS 拉曼光譜

物質(zhì)的常規(guī)拉曼信號較弱，需要一定數(shù)量才能夠被檢測(至少肉眼可見)   v 而 SERS 技術(shù)能極大的放大物質(zhì)分子的拉曼信號，少數(shù)分子即可產(chǎn)生足夠的信 號，因此是一種痕量分析技術(shù)。

SERS 基底

SERS 技術(shù)的核心是 SERS 增強基底，不同納米結(jié)構(gòu)的 SERS 基底增強目標(biāo)分子拉曼信號的能力不同.通過調(diào)控基底的組成、形狀、尺寸、間距和聚集方式等可以優(yōu)化基地的SERS增強活性。

WSER-3芯片基底

均勻性優(yōu)異：同一芯片不同區(qū)域點， 標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation； RSD在10%以內(nèi)

SERS活性高：芯片的增強能力(Enhanced Factor) EF>10*

保質(zhì)期長：使用周期大于180d

可定制化：可依據(jù)顧客需求，設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)及外觀尺寸

芯片規(guī)格

尺寸：25mm*75mm

活性區(qū)域：5mm*5mm

活性材料：Au

重復(fù)使用：否

激發(fā)波長：633nm/785nm

激光功率：≤500mW

最小樣品量：2uL

保質(zhì)期：180d

包裝：5片/盒

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第二章 SERS 芯片使用流程及注意事項

SERS 檢測

檢測包括: 1)   樣品前處理，提取復(fù)雜介質(zhì)中的目標(biāo)物質(zhì)，并盡可能排除干 擾物質(zhì); 2) 將目標(biāo)物質(zhì)通過化學(xué)/物理吸附，負(fù)載于 SERS 基底表面; 3) 在微 拉曼儀的激發(fā)光下， SERS 基底將目標(biāo)分子的拉曼信號放大，回饋微拉曼儀，并 通過儀器自動識別，分辨目標(biāo)分子。

標(biāo)準(zhǔn)檢測流程

1.打開外包裝，取出置于塑料盒中保護的芯片:

2.注意不讓芯片活性區(qū)域接觸任何物質(zhì)表面，否則極有可能造成污染:

3.載入樣品，可選擇滴加、旋涂或浸泡:

4.待芯片晾干后，進行測試。

注意事項

1.接觸芯片請配帶手套:

2.保持周圍環(huán)境干凈:

3.切忌接觸或刮擦活性區(qū)域:

4.高的空氣溫度會加大表面污染的概率 1

5.空氣中不能有、污染性氣體:

6.芯片不可回收。

7.測試參數(shù)選擇將影響測試結(jié)果。待測試參數(shù)(激光功率，積分時間，上樣方式 等〉*化后，選擇同樣的測試參數(shù)，可獲得可重復(fù)的結(jié)果。

加樣方式

滴加：用移液槍在 SERS 活性區(qū)域滴加 5uL左右〈可自行設(shè)定〉樣品溶液，待 溶劑揮發(fā)干后，進行 S皿S 光譜采集.可通過適當(dāng)加熱 (<80吧〉加快揮發(fā)速度， 提高芯片基底與待測物質(zhì)結(jié)合效率.

蒸發(fā)：芯片也可通過吸附易揮發(fā)物質(zhì)氣體分子實現(xiàn)加樣

浸泡：對于與芯片作用力較強的目標(biāo)物質(zhì)，可采取溶掖浸泡的方式加樣.將芯片 浸沒于待測分子溶液中，吸附一段時問(> 10min) 后取出，用榕劑神洗后晾干， 隨后進行檢測.相對而言，通過浸泡方式加樣，所獲得的檢測結(jié)果重現(xiàn)性較高.

參數(shù)選擇

1.焦距z 為確保激光焦平面在樣晶表面，可用 X-Y-Z 三維平臺進行聚焦，或選取 固定焦距配件進行聚焦.

2.功率z 激光功率遠(yuǎn)取與激光斑點尺寸有關(guān)，原則上激光功率密度不高于 1600 W/cm2，相對于78Snm 激光，當(dāng)激光點直徑為 IS0um 時，可選擇不超過 400mW 功率。若激光功率太商，易使目標(biāo)分子發(fā)生碳化.

3.積分時間z      提高積分可以提高樣品信號，但同時也會增加基底背景及熒光背景-

4.積分次數(shù)t      提高積分次數(shù)可增加倍噪比，但也增加樣品碳化幾率.

儲存

1氮氣氣氛下保存〈可放置大于   180 天〉

2.室溫儲存，至于干燥環(huán)境中(保干器) ;

3.有效期內(nèi)使用，否則其 SERS 活性會顯著下降.

常見問題

1.SERS 芯片適用哪種拉曼儀?

SERS 基底材料為 AUI 因此可選擇激光波長為 633nm 及 785nm 的拉曼檢測儀。

2.如何知道目標(biāo)分子為拉曼活性的? 可事先通過查閱文獻(xiàn)資料獲得，或咨詢本公司技術(shù)人員獲取參考意見.

3基底活性降低是什么原因?如何避免?

基底由于緩慢氧化會導(dǎo)致 SERS 活性持續(xù)降低，通?？蓪⑿酒湃氲獨鈿夥障聝?存，以減緩活性區(qū)域的氧化速度.但這種氧化不可避免，只能盡量減緩。因此建 議盡早使用芯片，以獲得更佳的使用效果.

4.芯片基底可以重復(fù)使用嗎? 不可以.在檢測過程中，目標(biāo)分子會與芯片基底發(fā)生強吸附以獲得更好的   SERS 響應(yīng).測試結(jié)束后，若要將分子解吸附，需進行較為激烈的處理。通常這些處理 均會對芯片原有結(jié)構(gòu)造成不可預(yù)期的破壞，因此不建議用戶重復(fù)使用   S皿S 芯片 基底.

第三章結(jié)構(gòu)參數(shù)及應(yīng)用實例

1.SERS活性

A）增強因子 (EF)

EF 定義為相同數(shù)量物質(zhì)分子的 SERS 信號與常規(guī)拉曼信號強度之比，表示為:

其中 lsurr和 lbulk分別為表面和溶液相分子某個振動的積分強度，Nsurr 和NbuIk分別對應(yīng)于同一入射光束下表面吸附的分子數(shù)和體相的分子數(shù)。

經(jīng)過計算，天際創(chuàng)新SERS 芯片對 l mM毗睫分子的 SERS 增強為5*108另一方面，天際創(chuàng)新 SERS芯片粒子間距 2nm，理論計算也表明其SERS增強 EF>108。

B) 檢測限 (Limit of Detection，LOD)

指由基質(zhì)空白所產(chǎn)生的儀器背景信號的 3 倍值的相應(yīng)量，或者以基質(zhì)空白產(chǎn)生的背景信號平均值加上 3 倍的均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。

2.均勻性

為了表征整個SERS基底的均一性，對基底進行大區(qū)域的拉曼成像。成像范圍為 4.98*4.56mm，數(shù)據(jù)點共計25232=166*152 ，步長為30um。探針分子為濃 度1uM的4，4-聯(lián)毗睫，選擇 1291 cm-1處拉曼峰的峰強度進行拉曼成像，成像的結(jié)果如下。其中，黃色為 SERS基底中間區(qū)域，藍(lán)色對應(yīng)的是 SERS 基底的邊緣區(qū)域，黑色為SERS基地之外的空白的區(qū)域。從拉曼的成像結(jié)果可以看出，合成的SERS基地較為均勻，RSD<10%。

從電鏡結(jié)構(gòu)可以看到，芯片基地表面大部分為3~6個納米粒子的聚集體結(jié)構(gòu)，在數(shù)十微米尺度的激光斑點下，其均勻性十分優(yōu)異。

3.重現(xiàn)性

選取20片不同批次生產(chǎn)的SRES芯片，在同一條件下進行測試。以其中任意一條光譜為標(biāo)準(zhǔn)，在微拉曼儀器上建立數(shù)據(jù)庫。通過自動匹配來檢驗其余芯片測試結(jié)果，設(shè)置儀器自動匹配度為85%，其余結(jié)果顯示*符合，且信號強度波動在15%以內(nèi)。

4.穩(wěn)定性

選取同意批次芯片，每隔三天去一片進行相同條件下測試，記錄信號隨時間變化。

5.定量性

分別對同一物質(zhì)不同濃度測試結(jié)果設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，通過儀器自動識別匹配。