Изготовление гибкой подложки для комбинационного рассеяния комбинационного рассеяния (SERS) на основе полидиметилсилоксана (PDMS) для сверхчувствительного детектирования

Поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние (SERS), как разновидность комбинационного рассеяния, обладает преимуществами высокой чувствительности и щадящих условий обнаружения, а также может достигать обнаружения одной молекулы 1,2,3,4. Металлические наноструктуры, такие как золото и серебро, обычно используются в качестве подложек SERS для обнаружения веществ ^5,6. Усиление электромагнитной связи на наноструктурированных поверхностях играет важную роль в приложениях SERS. Металлические наноструктуры различных размеров, форм, межчастичных расстояний и состава могут объединяться в многочисленные «горячие точки», генерирующие интенсивные электромагнитные поля из-за локализованных поверхностных плазмонных резонансов ^7,8. Во многих исследованиях были разработаны металлические наночастицы с различной морфологией в качестве подложек SERS, демонстрирующие их эффективность в достижении усиления SERS ^9,10.

Гибкие подложки SERS находят широкое применение, с наноструктурами, способными создавать эффекты SERS, нанесенными на гибкие подложки для облегчения прямого обнаружения на изогнутых поверхностях. Гибкие подложки SERS используются для обнаружения и сбора аналитов на неровных, неплоских или изогнутых поверхностях. К распространенным гибким подложкам SERS относятся волокна, полимерные пленки и пленки из оксида графена^11,12,13,14. Среди них полидиметилсилоксан (ПДМС) является одним из наиболее широко используемых полимерных материалов и обладает такими преимуществами, как высокая прозрачность, высокая прочность на растяжение, химическая стабильность, нетоксичность и адгезия^15,16,17. PDMS имеет низкое рамановское сечение, что делает его влияние на рамановский сигнал незначительным¹⁸. Поскольку преполимер PDMS находится в жидкой форме, он может отверждаться теплом или светом, что обеспечивает высокую степень управляемости и удобства. Подложки SERS на основе PDMS являются относительно распространенными гибкими подложками SERS, которые использовались в предыдущих исследованиях для встраивания различных металлических наночастиц для обнаружения различных биохимических веществ с образцовыми характеристиками^19,20.

При подготовке подложек SERS решающее значение имеет изготовление нанощелевых структур. Технология физического осаждения обладает такими преимуществами, как высокая масштабируемость, однородность и воспроизводимость, но, как правило, требует хороших вакуумных условий и специализированного оборудования, что ограничивает ее практическое применение²¹. Кроме того, изготовление наноструктур в масштабе нескольких нанометров остается сложной задачей при использовании традиционных методов осаждения²². Следовательно, наночастицы, синтезированные химическими методами, могут адсорбироваться на гибких прозрачных пленках посредством различных взаимодействий, облегчая самосборку металлических структур на наноуровне. Чтобы обеспечить успешную адсорбцию, взаимодействия могут быть скорректированы путем физического или химического изменения поверхности пленки для изменения ее гидрофильности²³. Наночастицы серебра, по сравнению с наночастицами золота, демонстрируют лучшие характеристики SERS, но их нестабильность, особенно восприимчивость к окислению на воздухе, приводит к быстрому снижению коэффициента усиления SERS (EF), что влияет на характеристики подложки²⁴. Следовательно, необходимо разработать метод стабильных частиц.

Присутствие остатков пестицидов привлекло значительное внимание, создав настоятельную потребность в надежных методах, способных быстро обнаруживать и идентифицировать различные классы опасных химических веществ в пищевых продуктах в полевых условиях^25,26. Гибкие подложки SERS обладают уникальными преимуществами в практическом применении, особенно в области безопасности пищевых продуктов. В данной статье представлен метод получения гибкой подложки SERS путем связывания синтезированных наночастиц серебра, покрытых глюкозой (AgNPs), на подложку PDMS (рис. 1). Присутствие глюкозы защищает AgNPs, смягчая окисление серебра в воздухе. Субстрат демонстрирует отличные характеристики обнаружения, способный обнаруживать родамин 6G (R6G) на уровне 10-10 М и пестицид Тирам на уровне ^10-8 М с хорошей однородностью. Кроме того, гибкая подложка может быть использована для обнаружения путем склеивания и отбора проб с многочисленными потенциальными сценариями применения.