Fabricação de substrato Raman Flexível Surface-Enhanced Raman (SERS) à base de polidimetilsiloxano (PDMS) para detecção ultrassensível

O espalhamento Raman aprimorado por superfície (SERS), como um tipo de espalhamento Raman, oferece as vantagens de alta sensibilidade e condições de detecção suaves, podendo até mesmo alcançar a detecção de uma única molécula 1,2,3,4. Nanoestruturas metálicas, como ouro e prata, são tipicamente usadas como substratos SERS para permitir a detecção de substâncias ^5,6. O aprimoramento do acoplamento eletromagnético em superfícies nanoestruturadas desempenha um papel significativo em aplicações de SERS. Nanoestruturas metálicas com tamanhos, formas, distâncias interpartículas e composições variadas podem se agregar para criar inúmeros “hotspots” gerando intensos campos eletromagnéticos devido a ressonâncias localizadas de plásmons de superfície ^7,8. Muitos estudos têm desenvolvido nanopartículas metálicas com diferentes morfologias como substratos do SERS, demonstrando sua eficácia na obtenção do realce do SERS ^9,10.

Substratos SERS flexíveis encontram amplas aplicações, com nanoestruturas capazes de produzir efeitos SERS depositados em substratos flexíveis para facilitar a detecção direta em superfícies curvas. Substratos flexíveis SERS são empregados para detectar e coletar analitos em superfícies irregulares, não planas ou curvas. Os substratos flexíveis SERS comuns incluem fibras, filmes poliméricos e filmes de óxido de grafeno^11,12,13,14. Dentre eles, o polidimetilsiloxano (PDMS) é um dos materiais poliméricos mais utilizados e oferece vantagens como alta transparência, alta resistência à tração, estabilidade química, não toxicidade e adesão^15,16,17. O PDMS tem uma baixa seção Raman transversal, tornando seu impacto sobre o sinal Raman insignificante¹⁸. Como o pré-polímero PDMS está na forma líquida, ele pode ser curado por calor ou luz, proporcionando um alto grau de controlabilidade e conveniência. Substratos SERS baseados em PDMS são substratos SERS flexíveis relativamente comuns, tendo sido utilizados em estudos anteriores para incorporar várias nanopartículas metálicas para detecção de diferentes substâncias bioquímicas com desempenho exemplar^19,20.

Na preparação de substratos SERS, a fabricação de estruturas nanogap é crucial. A tecnologia de deposição física oferece vantagens como alta escalabilidade, uniformidade e reprodutibilidade, mas normalmente requer boas condições de vácuo e equipamentos especializados, limitando suas aplicações práticas²¹. Além disso, a fabricação de nanoestruturas em escala de poucos nanômetros permanece desafiadora com as técnicas convencionais de deposição²². Consequentemente, nanopartículas sintetizadas através de métodos químicos podem ser adsorvidas em filmes transparentes flexíveis através de várias interações, facilitando a auto-montagem de estruturas metálicas na nanoescala. Para garantir o sucesso da adsorção, as interações podem ser ajustadas modificando física ou quimicamente a superfície do filme para alterar sua hidrofilicidade superficial²³. As nanopartículas de prata, em comparação com as nanopartículas de ouro, exibem melhor desempenho do SERS, mas sua instabilidade, particularmente sua suscetibilidade à oxidação no ar, resulta em uma rápida diminuição do SERS Enhancement Factor (EF), afetando o desempenho do substrato²⁴. Assim, é essencial desenvolver um método de partículas estáveis.

A presença de resíduos de agrotóxicos tem atraído atenção significativa, criando uma necessidade premente de métodos robustos capazes de detectar e identificar rapidamente várias classes de produtos químicos perigosos em alimentos no campo^25,26. Os substratos flexíveis SERS oferecem vantagens únicas em aplicações práticas, particularmente no domínio da segurança alimentar. Este artigo apresenta um método para preparar um substrato flexível SERS através da ligação de nanopartículas de prata revestidas com glicose sintetizadas (AgNPs) em um substrato PDMS (Figura 1). A presença de glicose protege as AgNPs, atenuando a oxidação da prata no ar. O substrato demonstra excelente desempenho de detecção, capaz de detectar Rodamina 6G (R6G) tão baixa quanto 10-10 M e pesticida Thiram tão baixo quanto ^10-8 M, com boa uniformidade. Além disso, o substrato flexível pode ser empregado para detecção através de colagem e amostragem, com inúmeros cenários potenciais de aplicação.