分子檢測在生物傳感、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等方面具有重要意義。無等離子體表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）具有生物相容性好、機(jī)械穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的傳感技術(shù)，其超高的靈敏度是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中迫切需要解決的問題。作為概念證明，我們報(bào)道了一種結(jié)合起皺和化學(xué)功能化的機(jī)械化學(xué)策略，以制備具有亞阿摩爾檢測限的基于2D MnPS
3的無等離子體激元SERS平臺(tái)。具體而言，2D MnPS
3中褶皺的形成使得該材料的SERS基底能夠檢測痕量亞甲基藍(lán)分子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，褶皺結(jié)構(gòu)有助于改善光-物質(zhì)耦合。在此基礎(chǔ)上，用二氫組胺修飾已吸收亞甲基藍(lán)的起皺MnPS
3可將檢測限進(jìn)一步降低至10
−19 M。因?yàn)槎浣M胺分子中的氨基是交聯(lián)劑，可創(chuàng)建更多路徑以促進(jìn)這些物質(zhì)之間的電荷轉(zhuǎn)移。這為設(shè)計(jì)具有單分子水平靈敏度的SERS傳感器提供了指導(dǎo)。
圖1. 從(a)傳統(tǒng)的無等離子體SERS基底到(b)起皺和(c)化學(xué)功能化相結(jié)合的機(jī)械化學(xué)SERS平臺(tái)的演變過程示意圖演示。d二維MnPS
3球棒模型俯視圖和(e)側(cè)視圖。f二維MnPS
3帶皺紋的SEM圖像。濃度為10
−6 M的MB分子在化學(xué)功能化前(g)平坦區(qū)、起皺區(qū)(h)和化學(xué)功能化后(i)的拉曼光譜。
圖2. 二維MnPS
3薄片的AFM圖像。插圖是沿黃色虛線的薄片高度圖。b二維MnPS
3的LFM圖像和(c)相應(yīng)的FFT圖。d二維MnPS
3的原子分辨HAADF-STEM圖像。表面空缺用黃色虛線圈表示。e（上）二維MnPS
3的HAADF-STEM圖像，（下）表示空位的綠色虛線沿線的強(qiáng)度變化。f MnPS
3、MB分子及其混合物的透射光譜。
圖3. 二維MnPS
3中平行皺紋的制作原理圖。b皺紋的SEM圖像。c折皺中應(yīng)變變化示意圖。
d從相同濃度溶液中吸收的MB分子在不同預(yù)應(yīng)變和平區(qū)PDMS基底上制備的皺褶MnPS
3區(qū)域的拉曼光譜。e平行褶皺的光學(xué)顯微鏡圖像，其中一條褶皺已經(jīng)塌陷成褶皺。f基于1625 cm
−1處峰值強(qiáng)度的拉曼圖，對(duì)應(yīng)于(e). g MnPS
3褶皺上MB分子在不同拉伸應(yīng)變作用下的SERS譜圖。
圖4. 從不同濃度的體溶液中吸收的MB分子的SERS光譜。(b)暴露于激光輻射超過2小時(shí)和(c)在空氣中儲(chǔ)存50天后MB分子SERS光譜的穩(wěn)定性。有（上）和沒有（下）MB和HD分子的MnPS
3的S 2p XPS光譜。e含有MB和HD分子的二維MnPS3皺褶的AFM圖像，選擇其中三個(gè)位置收集(f)納米紅外光譜。g機(jī)械化學(xué)SERS平臺(tái)工作機(jī)理示意圖。h基于MnPS
3的無等離子體SERS襯底、其他二維材料或異質(zhì)結(jié)構(gòu)、等離子體SERS襯底和其他小分子傳感器的性能比較。
相關(guān)研究成果由佛山大學(xué)
Wenjun Chen、Changjiu Teng、Shilong Zhao和中國科學(xué)院金屬研究所
Hui-Ming Cheng課題組2024年發(fā)表在
ACS Sensors (鏈接：https://doi.org/10.1021/acssensors.4c01647)上。原文：Prototype Alarm Integrating Pulse-Driven Nitrogen Dioxide Sensor Based on Holey Graphene Oxide/In2O3
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
