金納米SERS芯片
第一章背景介紹
SERS技術(shù)
表面增強拉曼技術(shù)(Surface Enhanced Raman Spectroscopy;SERS) 通過(guò)貴金屬(金或銀) 納米結構的電磁場(chǎng)增強效應,將吸附于SERS基底上的目標分子的拉曼信號放大百萬(wàn)倍以上,從而實(shí)現多種物質(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)已發(fā)展成為食品安全快速檢測必/備技術(shù)。同時(shí)SERS技術(shù)還廣泛應用于環(huán)境檢測, 公共安全, 生物醫藥及科研領(lǐng)域。
拉曼效應
拉曼效應指物質(zhì)分子由于運動(dòng)而吸收光能,隨后通過(guò)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,其差值表達了物質(zhì)分子的結構特征。拉曼效應存在于一切分子中,無(wú)論氣體,液體或固體,其散射頻率一般是分子內部振動(dòng)或轉動(dòng)頻率。類(lèi)似于每個(gè)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,因之人們可以根據物質(zhì)的拉曼譜圖鑒定這一物質(zhì)。目前全球范圍內已收集了超過(guò)9000種物質(zhì)的拉曼譜圖。
SERS光譜VS拉曼光譜
物質(zhì)的常規拉曼信號較弱,需要一定數量才能夠被檢測(至少肉眼可見(jiàn))。而SERS技術(shù)能極大的放大物質(zhì)分子的拉曼信號, 少數分子即可產(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, 不同納米結構的SERS基底增強目標分子拉曼信號的能力不同。通過(guò)調控基底的組成、形狀、尺寸、間距和聚集方式等可以?xún)?yōu)化優(yōu)化基底的SERS增強活性。
W SER-3芯片基底
均勻性?xún)?yōu)異:同一芯片不同區域點(diǎn), 標準偏差(relative standard deviation; RSD)在10%以?xún)?/span>
SERS活性高:芯片的增強能力(Enhanced Factor) EF> 10
保質(zhì)期長(cháng):使用周期大于180d
可定制化:可依據顧客需求,設計產(chǎn)品的結構、表面狀態(tài)及外觀(guān)尺寸
芯片規格
尺寸 | 25mm*75mm | 活性區域 | 5mm*5mm |
活性材料 | Au | 重復使用 | 否 |
激發(fā)波長(cháng) | 633nm/785nm | 激光功率 | ≤500mW |
最小樣品量 | 2uL | 保質(zhì)期 | 180d |
包裝:5片/盒
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,提取復雜介質(zhì)中的目標物質(zhì),并盡可能排除干擾物質(zhì); 2) 將目標物質(zhì)通過(guò)化學(xué)/物理吸附, 負載于SERS基底表面:3) 在微拉曼儀的激發(fā)光下, SERS基底將目標分子的拉曼信號放大, 回饋微拉曼儀, 并通過(guò)儀器自動(dòng)識別,分辨目標分子。
標準檢測流程
1.打開(kāi)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(jìn)行測試。
注意事項
1.接觸芯片請配帶手套;
2.保持周?chē)h(huán)境干凈;
3.切忌接觸或刮擦活性區域;
4.高的空氣濕度會(huì )加大表面污染的概率;
5.空氣中不能有污染性氣體;
6.芯片不可回收。
7.測試參數選擇將影響測試結果。待測試參數(激光功率,積分時(shí)間,上樣方式等)*優(yōu)化后,選擇同樣的測試參數,可獲得可重復的結果。
加樣方式
滴加:用移液槍在SERS活性區域滴加5uL左右(可自行設定) 樣品溶液, 待溶劑揮發(fā)干后, 進(jìn)行SERS光譜采集??赏ㄟ^(guò)適當加熱(<80℃) 加快揮發(fā)速度,提高芯片基底與待測物質(zhì)結合效率。
蒸發(fā):芯片也可通過(guò)吸附易揮發(fā)物質(zhì)氣體分子實(shí)現加樣
浸泡:對于與芯片作用力較強的目標物質(zhì),可采取溶液浸泡的方式加樣。將芯片浸沒(méi)于待測分子溶液中, 吸附一段時(shí)間(>10min) 后取出, 用溶劑沖洗后晾干,隨后進(jìn)行檢測。相對而言,通過(guò)浸泡方式加樣,所獲得的檢測結果重現性較高。
參數選擇
1.焦距:為確保激光焦平面在樣品表面,可用X-Y-Z三維平臺進(jìn)行聚焦,或選取固定焦距配件進(jìn)行聚焦。
2.功率:激光功率選取與激光斑點(diǎn)尺寸有關(guān),原則上激光功率密度不高于1600W/cm²,相對于785nm激光,當激光點(diǎn)直徑為150um時(shí),可選擇不超過(guò)400mW功率。若激光功率太高,易使目標分子發(fā)生碳化。
3.積分時(shí)間:提高積分可以提高樣品信號,但同時(shí)也會(huì )增加基底背景及熒光背景。
4.積分次數:提高積分次數可增加信噪比,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.有效期內使用, 否則其SERS活性會(huì )顯著(zhù)下降。
常見(jiàn)問(wèn)題
1.SERS芯片適用哪種拉曼儀?
SERS基底材料為Au, 因此可選擇激光波長(cháng)為633nm及785nm的拉曼檢測儀。
2.如何知道目標分子為拉曼活性的?
可事先通過(guò)查閱文獻資料獲得,或來(lái)電/咨詢(xún)本公司技術(shù)人員獲取參考意見(jiàn)。
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(huì )導致SERS活性持續降低, 通??蓪⑿酒湃氲獨鈿夥障聝Υ?,以減緩活性區域的氧化速度。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.芯片基底可以重復使用嗎?
不可以。在檢測過(guò)程中, 目標分子會(huì )與芯片基底發(fā)生強吸附以獲得更好的SERS響應。測試結束后,若要將分子解吸附,需進(jìn)行較為激烈的處理。通常這些處理均會(huì )對芯片原有結構造成不可預期的破壞, 因此不建議用戶(hù)重復使用SERS芯片基底。
第三章結構參數及應用實(shí)例
1.SERS活性
A)增強因子(EF)
EF定義為相同數量物質(zhì)分子的SERS信號與常規拉曼信號強度之比, 表示為:
其中I urf和Ib uk分別為表面和溶液相分子某個(gè)振動(dòng)的積分強度, Nuri和Nb uk分別對應于同一入射光束下表面吸附的分子數和體相的分子數。經(jīng)過(guò)計算, 天際創(chuàng )新SERS芯片對1mM吡啶分子的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倍的均數標準差。
2.均勻性
為了表征整個(gè)SERS基底的均一性, 對基底進(jìn)行大區域的拉曼成像。成像范圍為4.98*4.56mm,數據點(diǎn)共計25232=166*152,步長(cháng)為30um。探針?lè )肿訛闈舛?uM的4,4-聯(lián)吡啶,選擇1291cm處拉曼峰的峰強度進(jìn)行拉曼成像,成像的結果如下。其中, 黃色為SERS基底中間區域, 藍色對應的是SERS基底的邊緣區域, 黑色為SERS基底之外的空白的區域。從拉曼的成像結果可以看出, 合成的SERS基底較為均勻, RSD<10%。
從電鏡結構可以看到,芯片基底表面大部分為3~6個(gè)納米粒子的聚集體結構,在數十微米尺度的激光斑點(diǎn)下,其均勻性十分優(yōu)異。
3.重現性
選取20片不同批次生產(chǎn)的SERS芯片, 在同一條件下進(jìn)行測試。以其中任意一條光譜為標準,在微拉曼儀器上建立數據庫。通過(guò)自動(dòng)匹配來(lái)檢驗其余芯片測試結果,設置儀器自動(dòng)匹配度為85%,其余結果顯示*符合,且信號強度波動(dòng)在15%以?xún)取?/span>
4.穩定性
選取同一批次芯片,每隔3天取1片進(jìn)行相同條件下測試,記錄信號隨時(shí)間變化。
5.定量性
分別對同一物質(zhì)不同濃度測試結果設置標準數據庫,通過(guò)儀器自動(dòng)識別匹配。
電話(huà)
微信掃一掃