(Au-Probe)@SiO2单层纳米粒子膜制备及表面增强拉曼光谱研究

摘要

表面增强拉曼光谱(SERS)因其高达单分子检测的表面灵敏度而广受青睐,其增强机理主要包括电磁场增强效应(EM)和电荷转移增强(CT).通常,前者占主导作用,且局域电磁场可极大地增强表面吸附分子的拉曼信号.而介质通常对局域电磁场和EM增强有一定影响,从而影响SERS检测,通过壳层隔绝纳米粒子(SHINs)可避免介质与SERS增强源间的直接接触.但迄今为止,几乎未见有关介质对其增强拉曼光谱(SHINERS)影响的研究,主要因SERS基底均匀性较差所致.制备了两种探针分子内嵌且Au核尺寸不同的核壳纳米粒子,即(55 nm Au-PNTP)@SiO2和(110 nm Au-pMBA)@SiO2,壳层厚度分别为3.5和4.0 nm,壳层结构连续且无针孔效应.采用液-液两相成膜法制备其单层膜,转移至固相基底上可作为SERS基底,(55 nm Au-PNTP)@SiO2单层膜上SERS谱峰强度的相对标准偏差约为5.38％,(110 nm Au-pMBA)@SiO2单层膜上相对标准偏差约为5.97％,其重现性及均匀性优良,符合作为SERS基底的要求.研究它们分别在空气和水两种介质中的SERS效应,结果表明Au核被致密无针孔效应的SiO2壳层包裹,且探针分子内嵌其中,由此完全隔绝了电磁场增强源内核Au纳米粒子与介质的直接接触,当改变基底所处的环境时,其实际介质仍为SiO2,因此在两种介质中SERS信号几乎不发生改变.内嵌探针分子的PNTP或pMBA被包裹在SiO2壳层内,溶剂及氧气等均无法参与反应,因此探针分子未发生SPR催化反应,保持稳定的光谱特征.由此可见内嵌探针分子的SERS信号强度及光谱特征不受介质的影响,可望作为多介质环境使用的高灵敏度SERS检测以及稳定内标或标记的重要基底.