Ефективнa поверхня для SERS, отриманa нанесенням золота на кремнезем методом «зверху вниз»

  • A. Damin Факультет хімії та Центр наноструктурованих інтерфейсів та поверхонь, Університет Турину, вул. П. Джурія, 7, Турин, 10125, Італія https://orcid.org/0000-0002-1110-0993
  • P. Ivanchenko Факультет хімії та Центр наноструктурованих інтерфейсів та поверхонь, Університет Турину, вул. П. Джурія, 7, Турин, 10125, Італія https://orcid.org/0000-0003-2280-0773
  • M. Fabbiani Факультет хімії та Центр наноструктурованих інтерфейсів та поверхонь, Університет Турину, вул. П. Джурія, 7, Турин, 10125, Італія https://orcid.org/0000-0002-9094-0279
  • G. Martra Факультет хімії та Центр наноструктурованих інтерфейсів та поверхонь, Університет Турину, вул. П. Джурія, 7, Турин, 10125, Італія https://orcid.org/0000-0002-8012-5342
Ключові слова: SERS, золоті наночастинки, діоксид кремнію, розпилення

Анотація

Актуальність. Нещодавно один з нас розробив метод приготування золотих наночастинок на поверхні кремнезему: в цьому випадку було застосовано метод «знизу доверху» (а саме, починаючи із прекурсору HAuCl4), використовуючи діоксид кремнію із високою питомою площею поверхні (Аеросил А300) як основу (при контрольованому pH) для покращення дисперсії золота. Отримані матеріали продемонстрували здатність підсилювати раманівські сигнали адсорбованих молекул піридину та біпіридину та/або поверхневих силанолів. Слідуючи цій ідеї, дана робота демонструє результати стосовно активності субстратів для підсиленої поверхнею раманівської спектроскопії (surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS), підготовлених методом «зверху вниз» (з розпиленням золота), який дозволяє осаджувати наночастинки золота на поверхні наночастинок діоксиду кремнію. Молекули піридину були використані як зонди для оцінки SERS активності отриманих субстратів.

Мета роботи. Метою даної роботи є вивчення SERS активності  виготовлених субстратів шляхом визначення межі виявлення молекул піридину, нанесених із розчинів (розчинник — бензол) зі зниженням концентрації піридину.

Матеріали і методи. Для приготування зразків використовували діоксид кремнію AOX50 (Evonik Industries, питома поверхня 50 м2/г) у формі пресованих дисків, золоту мішень та розпилювач K575X Turbo Sputter Coater (Quorum Technologies). Використані методи: УФ- та видима спектроскопія, HR-TEM мікроскопія, Раманівська спектроскопія.

Результати. Приготовані субстрати Au/AOX50 (номінальна товщина золота 10 нм) були охарактеризовані за допомогою УФ- та видимої спектроскопії та HR-TEM мікроскопії. Вони продемонстрували відносно складний профіль поглинання, що простягається до ближнього ІЧ діапазону. Субстрати складались із золотих наночастинок діаметром близько 2,0–3,5 нм. Використання для збудження лазеру на довжині хвилі 785 нм (обраної на основі даних УФ-видимої спектроскопії) для реєстрації Раман-спектрів дозволило спостерігати Раман-сигнали, характерні для піридину, при контакті Au/AOX50 субстратів з паровою фазою розчину піридину у бензолі і концентрацією піридину до 10-7 М, що складало межу його виявлення. Це дозволило приблизно оцінити фактор підсилення (ФП), що становить близько 108, у порівнянні з 12,4 М піридину, нанесеного на поверхню чистого AOX50.

Висновки. Метод «зверху вниз» дозволив приготувати ефективні SERS субстрати, що складаються із наночастинок золота, диспергованих на поверхні кремнезему AOX50. Межа виявлення піридину виявився 10-7 М (при нанесенні з пари його розчину у бензолі), та ФП SERS був оцінений приблизно в 108 (використовуючи як стандарт Раман-спектр 12,4 М піридину в контакті з поверхнею  чистого AOX50).

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Albrecht MG, Creighton JA Anomalously intense Raman spectra of pyridine at a silver electrode. J. Am. Chem. Soc. 1977;99(15):5215–5217. https://doi.org/10.1021/ja00457a071

Creighton J.A., Cristopher GB, Albrecht MG. Plasma resonance enhancement of Raman scattering by pyridine adsorbed on silver or gold sol particles of size comparable to the excitation wavelength. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2: Molecular and Chemical Physics 1979;75:790–798. https://doi.org/10.1039/F29797500790

Kneipp K, Kneipp H, Itzkan I, Dasari RR, Feld MS. Surface-enhanced Raman scattering and biophysics. J. Phys.: Condens. Matter 2002;14(18):R597–R624. http://stacks.iop.org/cm/14/R597

Kneipp J, Wittig B, Bohr H, Kneipp K. Surface-enhanced Raman scattering: a new optical probe in molecular biophysics and biomedicine. Theor. Chem. Acc. 2010;125(3-6):319–327. https://doi.org/10.1007/s00214-009-0665-2

Liu JJ, Jalali M, Mahshid S, Wachsmann-Hogiu S. Are plasmonic optical biosensors ready for use in point-of-need applications? Analyst 2020;145(2):364-384. https://doi.org/10.1039/C9AN02149C

Wang HX, Zhao YW, Li Z, Liu BS, Zhang D. Development and Application of Aptamer-Based Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Sensors in Quantitative Analysis and Biotherapy. Sensors (Basel). 2019 Sep 3;19(17):3806. https://doi.org/10.3390/s19173806

Wang KD, Li SM, Petersen M, Wang S, Lu XN. Detection and Characterization of Antibiotic-Resistant Bacteria Using Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Nanomaterials 2018;8(10):762. https://doi.org/10.3390/nano8100762

Alyami A, Quinn AJ, Iacopino D. Flexible and transparent Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)-Active Ag NPs/PDMS composites for in-situ detection of food contaminants. Talanta 2019;201:58–64. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.03.115

Restaino SM, White IM. A critical review of flexible and porous SERS sensors for analytical chemistry at the point-of-sample. Analytica Chimica Acta 2019;1060:17–29. https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.11.057

Bell SEJ, Charron G, Cortes E, Kneipp J, de la Chapelle ML, Langer J, et al. Towards Reliable and Quantitative Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS): From Key Parameters to Good Analytical Practice. Angew. Chem.-Int. Ed. 2020;59(14):5454–5462. https://doi.org/10.1002/anie.201908154

Budnyk AP, Damin A, Agostini G, Zecchina A. Gold nanoparticle aggregates immobilized on high surface area silica substrate for efficient and clean SERS applications. J. Phys. Chem. C 2010;114(9):3857–3862. https://doi.org/10.1021/jp9112816

Pockrand I, Otto A. Coverage dependence of Raman scattering from pyridine adsorbed to silver/vacuum interfaces. SolidStateCommun. 1980;35(11):861–865. https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)91040-6

Kline CH, Turkevich J. The vibrational spectrum of pyridine and the thermodynamic properties of pyridine vapors. J. Chem. Phys. 1944;12(7):300–309. https://doi.org/10.1063/1.1723943

Wu DY, Ren B, Jiang YX, Xu X, Tian ZQ. Density functional study and normal mode analysis of the bindings and vibrational frequency shifts of the pyridine-M (M = Cu, Ag, Au, Cu+, Ag+, Au+, and Pt) complexes. J. Phys. Chem. A 2002;106(39):9042–9052. https://doi.org/10.1021/jp025970i

Le Ru EC, Blackie E, Meyer M, Etchegoin PG. Surface Enhanced Raman Scattering Factors: A comprehensive study. J. Phys. Chem. C. 2007;111(37):13794–13803. https://doi.org/10.1021/jp0687908

Опубліковано
2020-06-29
Цитовано
0 статей
Як цитувати
Damin, A., Ivanchenko, P., Fabbiani, M., & Martra, G. (2020). Ефективнa поверхня для SERS, отриманa нанесенням золота на кремнезем методом «зверху вниз». Біофізичний вісник, (43), 39-44. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2020-43-05
Розділ
Матеріали для біомедичного застосування