基于光磁結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)痕量檢測(cè)4-ATP分子

代阿芳

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所（國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心），安徽 合肥 230001）

表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）技術(shù)是基于金屬（主要是Au、Ag和Cu等）納米結(jié)構(gòu)表面的自由電子在激光的作用下產(chǎn)生局域等離子體共振，進(jìn)而放大吸附在金屬納米結(jié)構(gòu)表面分子的振動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分子的痕量檢測(cè)[1]。目前，鐵氧化物/貴金屬?gòu)?fù)合SERS基底材料由于其協(xié)同效應(yīng)，與相應(yīng)的單一結(jié)構(gòu)相比，具有突出的優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)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(diǎn)，還可用于快速痕量檢測(cè)。為了賦予此類材料更好的表面可調(diào)諧性，通常選擇合適的無機(jī)殼對(duì)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(fù)載的超順磁Fe3O4@SiO2光磁材料。該材料表現(xiàn)出良好的磁響應(yīng)和SERS活性可用于對(duì)對(duì)胺基苯酚（4-ATP）分子的快速富集與高靈敏檢測(cè)（檢測(cè)限低至10-6M）。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

主要儀器設(shè)備包括UV-2400紫外可見分光光度計(jì)、S-4800場(chǎng)發(fā)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(gòu)買于上海國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 Au loaded Fe3O4@SiO2光磁結(jié)構(gòu)的制備

參照文獻(xiàn)制備Au種子[4]和Fe3O4@SiO2核殼結(jié)構(gòu)[5,6]。Au loaded Fe3O4@SiO2的制備可分為兩個(gè)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(jī)械攪拌混合后，滴加0.1mL的鹽酸羥胺（0.16 M）溶液，反應(yīng)2h。

1.3 Raman光譜測(cè)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(duì)富集體進(jìn)行Raman測(cè)試（激發(fā)波長(zhǎng)532nm,功率0.1mW,積分時(shí)間2s）。

2 結(jié)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(jìn)一步證實(shí)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(jié)構(gòu)基底的痕量檢測(cè)

在獲得Fe3O4納米粒子的基礎(chǔ)上，利用正硅酸乙酯的水解反應(yīng)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(fù)載到核殼結(jié)構(gòu)表面，然后進(jìn)一步生長(zhǎng)最終獲得Au loaded Fe3O4@SiO2光磁基底（圖2b）。SERS效應(yīng)調(diào)查表明：磁濃縮后的基底材料對(duì)所吸附的4-ATP分子具有良好的檢測(cè)靈敏性，檢測(cè)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(dòng)模式 ；1140 cm-1，1390cm-1和1435cm-1屬于b2振動(dòng)模式[7,8]。

圖2 （a）Fe3O4@SiO2核殼結(jié)構(gòu)的SEM和TEM照片（b,c）Au loaded Fe3O4@SiO2的SEM照片及其對(duì)不同濃度4-ATP分子檢測(cè)的SERS光譜

3 結(jié)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(shí)別（檢測(cè)限可低至10-6M以下）。由于上述基底材料具有較好的穩(wěn)定性和生物相容性，在生物分子的痕量檢測(cè)方面也具有潛在的應(yīng)用前景。