基于光磁結構的表面增強拉曼光譜技術痕量檢測4-ATP分子

代阿芳

（安徽省地質實驗研究所（國土資源部合肥礦產資源監督檢測中心），安徽 合肥 230001）

表面增強拉曼散射（SERS）技術是基于金屬（主要是Au、Ag和Cu等）納米結構表面的自由電子在激光的作用下產生局域等離子體共振，進而放大吸附在金屬納米結構表面分子的振動信號，實現目標分子的痕量檢測[1]。目前，鐵氧化物/貴金屬復合SERS基底材料由于其協同效應，與相應的單一結構相比，具有突出的優勢，已成為當前科研工作者追逐研究的基底材料之一[2]。這種光磁材料不僅具有磁分離及磁示蹤的特點，還可用于快速痕量檢測。為了賦予此類材料更好的表面可調諧性，通常選擇合適的無機殼對磁性核加以包覆[3]。在本研究中，基于液相合成方法，獲得了Au負載的超順磁Fe3O4@SiO2光磁材料。該材料表現出良好的磁響應和SERS活性可用于對對胺基苯酚（4-ATP）分子的快速富集與高靈敏檢測（檢測限低至10-6M）。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

主要儀器設備包括UV-2400紫外可見分光光度計、S-4800場發射掃描電子顯微鏡（SEM）、JEOL-2010透射電子顯微鏡(TEM)、激光共焦拉曼（Raman）光譜儀等。

所用試劑氯金酸、三氯化鐵、4-ATP等均購買于上海國藥集團。

1.2 Au loaded Fe3O4@SiO2光磁結構的制備

參照文獻制備Au種子[4]和Fe3O4@SiO2核殼結構[5,6]。Au loaded Fe3O4@SiO2的制備可分為兩個階段。先將10mg干燥的Fe3O4@SiO2核殼材料分散到50 mL的Au種子溶液中，加入1mL的聚二稀丙基二甲基氯化銨（PDDA）充分混合吸附，磁分離洗滌以待備用。在將獲得的～3mg Au種子修飾的Fe3O4@SiO2分散到50mL的去離子水中，加入0.2mL的氯金酸（1%）和0.4mL的檸檬酸鈉溶液（1%）機械攪拌混合后，滴加0.1mL的鹽酸羥胺（0.16 M）溶液，反應2h。

1.3 Raman光譜測試方法

將基底材料置于不同濃度的4-ATP溶液中充分吸附、磁分離，對富集體進行Raman測試（激發波長532nm,功率0.1mW,積分時間2s）。

2 結果與討論

2.1 Au種子的形貌與光譜分析

從TEM照片（圖1a）可以看出，Au種子的平均尺寸在3nm左右；從吸收（圖1b）來看，最大吸收在514nm左右，進一步證實我們獲得了小尺寸的Au種子。

圖1 Au種子的TEM照片（a）和紫外可見吸收光譜（b）

2.2 基于光磁結構基底的痕量檢測

在獲得Fe3O4納米粒子的基礎上，利用正硅酸乙酯的水解反應成功在Fe3O4表面包覆了一層致密的SiO2殼，殼層的厚度大約在15 nm左右，如圖2a所示。SiO2殼層的引入提供了豐富的水溶性硅羥基，為下一步的表面修飾提供了可能。以PDDA作為修飾劑，將先前合成的Au種子負載到核殼結構表面，然后進一步生長最終獲得Au loaded Fe3O4@SiO2光磁基底（圖2b）。SERS效應調查表明：磁濃縮后的基底材料對所吸附的4-ATP分子具有良好的檢測靈敏性，檢測限可低至10-6 M以下（圖2c）。圖2d清晰的顯示了4-ATP的vC-S(1072 cm-1)，vC-H(1140cm-1)以 及vCC(1577cm-1)等指紋峰，其中1072cm-1和1577cm-1屬于al振動模式 ；1140 cm-1，1390cm-1和1435cm-1屬于b2振動模式[7,8]。

圖2 （a）Fe3O4@SiO2核殼結構的SEM和TEM照片（b,c）Au loaded Fe3O4@SiO2的SEM照片及其對不同濃度4-ATP分子檢測的SERS光譜

3 結語

本研究采用液相合成方法，制備了具有雙功能的Au loaded Fe3O4@SiO2光磁SERS基底材料。該基底材料可用于4-ATP分子的快速濃縮與高靈敏SERS識別（檢測限可低至10-6M以下）。由于上述基底材料具有較好的穩定性和生物相容性，在生物分子的痕量檢測方面也具有潛在的應用前景。