초고감도 검출을 위한 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반 SERS(Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering) 기판 제작

라만 산란의 일종인 표면 강화 라만 산란(SERS)은 고감도 및 부드러운 검출 조건의 이점을 제공하며 단일 분자 검출도 달성할 수 있습니다 1,2,3,4. 금 및 은과 같은 금속 나노 구조는 일반적으로 물질 검출을 가능하게 하는 SERS 기판으로 사용됩니다 ^5,6. 나노 구조 표면의 전자기 결합 향상은 SERS 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 다양한 크기, 모양, 입자 간 거리 및 조성을 가진 금속 나노 구조는 국부적인 표면 플라즈몬 공명^(7,8)으로 인해 강렬한 전자기장을 생성하는 수많은 “핫스팟”을 생성하기 위해 응집될 수 있습니다. 많은 연구에서 SERS 기판으로 형태가 다른 금속 나노 입자를 개발하여 SERS 향상 ^9,10을 달성하는 데 효과적임을 입증했습니다.

유연한 SERS 기판은 곡선 표면에서 직접 감지를 용이하게 하기 위해 유연한 기판에 증착된 SERS 효과를 생성할 수 있는 나노 구조를 사용하여 광범위한 응용 분야를 찾습니다. 유연한 SERS 기판은 불규칙하거나, 비평면이거나, 곡면에 있는 표면에서 분석물을 검출하고 수집하는 데 사용됩니다. 일반적인 연성 SERS 기판에는 섬유, 폴리머 필름 및 그래핀 산화막 11,12,13,14가 포함됩니다. 그 중 폴리디메틸실록산(PDMS)은 가장 널리 사용되는 고분자 재료 중 하나이며 높은 투명도, 높은 인장 강도, 화학적 안정성, 무독성 및 접착력^15,16,17과 같은 이점을 제공합니다. PDMS는 라만 단면적이 낮아 라만 신호에 미치는 영향은 무시할 수 있다¹⁸. PDMS 프리폴리머는 액체 형태이기 때문에 열이나 빛에 의해 경화될 수 있어 높은 수준의 제어성과 편의성을 제공합니다. PDMS-기반 SERS 기판은 비교적 일반적인 유연한 SERS 기판으로서, 예시적인 성능(^19,20)을 갖는 상이한 생화학적 물질을 검출하기 위해 다양한 금속 나노입자를 내장하기 위해 이전 연구에서 사용되어 왔다.

SERS 기판을 준비할 때 나노갭 구조의 제작이 중요합니다. 물리적 증착 기술은 높은 확장성, 균일성 및 재현성과 같은 이점을 제공하지만 일반적으로 우수한 진공 조건과 특수 장비가 필요하므로 실제 적용이 제한됩니다²¹. 또한, 수 나노미터 규모의 나노 구조를 제작하는 것은 기존의 증착 기술로는 여전히 어려운 과제로 남아^{있다 22}. 결과적으로, 화학적 방법을 통해 합성된 나노 입자는 다양한 상호작용을 통해 유연한 투명 필름에 흡착될 수 있으며, 나노 스케일에서 금속 구조의 자체 조립을 용이하게 할 수 있습니다. 성공적인 흡착을 보장하기 위해, 상호 작용은 그 표면 친수성을 변경하기 위해 필름 표면을 물리적 또는 화학적으로 변형시킴으로써 조정될 수 있다(²³). 은 나노 입자는 금 나노 입자에 비해 더 나은 SERS 성능을 나타내지 만 불안정성, 특히 공기 중 산화에 대한 민감성으로 인해 SERS 향상 인자 (EF)가 급격히 감소하여 기판 성능에 영향을 미친다²⁴. 따라서 안정적인 입자 방법을 개발하는 것이 필수적입니다.

살충제 잔류물의 존재는 상당한 주목을 받아왔으며, 현장에서 식품에서 다양한 등급의 유해 화학물질을 신속하게 검출하고 식별할 수 있는 강력한 방법에 대한 긴급한 필요성을 야기하고 있다^25,26. 유연한 SERS 기판은 실제 응용 분야, 특히 식품 안전 분야에서 고유한 이점을 제공합니다. 이 기사에서는 합성 포도당 코팅은 나노 입자(AgNP)를 PDMS 기판에 접착하여 유연한 SERS 기판을 제조하는 방법을 소개합니다(그림 1). 포도당의 존재는 AgNP를 보호하여 공기 중의 은 산화를 완화합니다. 이 기판은 우수한 검출 성능을 보여 ^10-10M의 낮은 로다 민 6G (R6G)와 ^10-8M의 살충제 Thiram을 우수한 균일 성으로 검출 할 수 있습니다. 또한, 유연한 기판은 다양한 잠재적 응용 시나리오와 함께 접착 및 샘플링을 통한 검출에 사용할 수 있습니다.