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CN109520990A - 激光诱导一步提拉法制备锥形光纤sers探针的方法 - Google Patents

激光诱导一步提拉法制备锥形光纤sers探针的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，将光纤的平端与激光器输出尾纤熔接，其锥端插入预先制备好的金属纳米颗粒溶胶中；打开激光光源，在诱导激光辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥从溶胶中缓慢提拉至锥尖恰好完全露出液面；利用诱导激光对光纤锥进行短时间干燥，溶剂快速蒸发，而纳米颗粒吸附在光纤锥面，形成光纤SERS探针。本发明具有成本低廉、操作简单等优点，该方法制备出的锥形光纤SERS探针相比于平端面光纤SERS探针而言，有望实现更大的拉曼相互作用面积和更好的检测灵敏度和重复性，利于促进光纤SERS探针实用化进程，在拉曼光谱的活体、在线、原位、远程检测领域具有重要应用前景。

Description

激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法
技术领域
本发明涉及表面增强拉曼散射光谱技术领域，尤其涉及一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法。
背景技术
表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering, SERS）是近些年来发展起来的一种拉曼光谱增强技术，它利用贵金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）效应来实现拉曼信号的极大增强，增强因子可高达108-1012，吸引了科学家们的广泛关注。将光纤传感技术与SERS技术相结合，通过在光纤表面制备贵金属纳米颗粒或结构而形成的光纤SERS探针，具有成本低廉、光谱重复性好、结构紧凑、抗干扰能力强等优点，且有望实现拉曼光谱的在线、原位、活体、远程检测，在生物医学、食品科学、能源与光催化等领域具有重要应用前景。
受到石英光纤稳定的化学性质及圆柱表面等限制，高灵敏光纤SERS探针的制备相对较为困难。目前，人们通常将硅烷化处理后的石英光纤浸入到贵金属纳米颗粒溶胶中，利用硅烷偶联剂将纳米颗粒吸附至光纤表面以形成光纤SERS探针。但该方法耗时长（纳米颗粒吸附饱和所需时间通常在6小时以上），且纳米颗粒的随机吸附过程导致探针的制备重复性难以保证，不利于其实用化。
由于光纤本身具有光波导传输特性，利用激光诱导法制备光纤SERS探针能显著提高探针的制备重复性。例如，吉林大学徐蔚青团队、清华大学杨昌喜团队等提出一种激光诱导化学沉积法（Langmuir, 2008, 24:4394；Langmuir, 2011, 27:4623），在纳米颗粒的氧化还原反应液体系中，制备出多种芯径的平端面光纤SERS探针；为了提高光纤表面纳米颗粒的尺寸均匀性，我们提出一种激光诱导液面自组装法（Nanoscale, 2016, 8:10607；发明专利CN201510692551.3），在预先制备的固定尺寸的纳米颗粒溶胶中实现光纤SERS探针的制备。然而，目前这些方法主要用于平端面光纤SERS探针的制备，不太适用于锥形光纤SERS探针的制备。而考虑到锥形光纤通常比平端面光纤能够提供更大的光与物质相互作用面积，有望进一步提高探针的SERS检测灵敏度和重复性，如何发展适用于锥形光纤SERS探针的实用化制备方法，是当前一个重要研究方向。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，包括有激光器、锥形光纤、贵金属纳米颗粒溶胶和一维精密位移平台，所述的锥形光纤的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤的平端与激光器的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台的移动端；打开激光器，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶上表面界面处；在贵金属纳米颗粒溶胶界面附近，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳米颗粒与光纤锥面的碰撞几率；随着光纤锥形端缓慢向上提拉，表面张力作用下纳米颗粒溶胶吸附在光纤锥面，并在诱导激光下引起溶剂快速挥发，纳米颗粒在锥面聚集，形成锥形光纤SERS探针。
所述的锥形光纤采用石英光纤或聚合物光纤或钛宝石光纤。
所述的锥形端为单锥或双锥或单锥与双锥的组合锥结构。
所述的贵金属纳米颗粒溶胶为具有较大局域场增强特性的金、银纳米颗粒溶胶的一种或者两种的组合。
金属纳米颗粒浓度、诱导激光功率、提拉速度、激光干燥时间、光纤锥角等实验条件对制备出的光纤SERS探针的性能密切相关。
本发明的优点是：
其一，激光诱导一步提拉法成本低廉、操作简单，通过实验参数的优化，易于实现锥形光纤SERS探针的快速、重复、批量制备；
其二，诱导激光下的快速干燥过程有助于纳米颗粒在光纤锥面聚集，且光纤锥面光场越强的地方，纳米颗粒分布越密集，即形成纳米颗粒的“光场自适应”分布，从而实现高的SERS检测灵敏度；同时，激光诱导机制也可以在一定程度上保证探针的制备重复性。
其三，该方法制备的高灵敏、高重复性锥形光纤SERS探针，综合了光纤传感技术与SERS技术的共同优势，在活体、在线、原位检测领域展现出重要应用前景。
附图说明
图1为激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针示意图。
图2为锥形光纤SERS探针的光学显微图。
图3为锥形光纤SERS探针的SEM图。
图4为锥形光纤SERS探针对农残福美双的检测灵敏度。
图5为锥形光纤SERS探针的检测重复性。
具体实施方式
如图1所示，一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，包括有激光器1、锥形光纤2、贵金属纳米颗粒溶胶3和一维精密位移平台4，所述的锥形光纤2的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤2的平端与激光器1的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶3中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台4的移动端；打开激光器1，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台4将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶3中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶3上表面界面附近；在贵金属纳米颗粒溶3胶界面处，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳米颗粒与光纤锥面的碰撞几率；随着光纤锥形端缓慢向上提拉，表面张力作用下纳米颗粒溶胶吸附在光纤锥面，并在诱导激光下引起溶剂快速挥发，纳米颗粒在锥面聚集，形成锥形光纤SERS探针。
所述的锥形光纤2采用石英光纤或聚合物光纤或钛宝石光纤。
所述的锥形端为单锥或双锥或单锥与双锥的组合锥结构。
所述的贵金属纳米颗粒溶胶3为具有较大局域场增强特性的金、银纳米颗粒溶胶的一种或者两种的组合。
包括785 nm光纤尾纤窄带半导体激光器1、多模锥形石英光(2、预先合成的Au-nanorod溶胶3和一维精密位移平台4。多模石英光纤纤芯/包层直径分别为200/220 μm、数值孔径NA=0.22，利用氢氟酸腐蚀法在多模石英光纤的一端形成12度锥角；实验室预先合成的Au-nanorod的吸收峰位于780nm左右，与诱导激光波长785nm相近。实验中，将光纤的平端与激光器尾纤熔接，其锥端插入Au-nanorod溶胶中；待光纤锥与纳米颗粒溶胶完全浸润后，打开诱导激光，同时利用一维精密平移台将光纤锥从溶胶中缓慢提起至锥尖完全脱离液面；在空气中干燥几秒钟后，关闭激光，提起光纤锥至空气中，完成探针制备。图2给出激光诱导功率为70mW、提拉速度60μm/s、激光干燥时间5s、纳米颗粒溶胶浓度OD≈10条件下，制备得到的光纤SERS探针的光学显微图。由此可见，激光诱导一步提拉法制备的光纤SERS探针中，贵金属纳米颗粒主要集中在激光功率密度较高的锥尖处，且呈环状分布，在相邻环中间基本没有纳米颗粒分布，该结果与光纤锥表面光场分布特性密切相关，即形成“光场自适应”的纳米颗粒分布。图3给出环中心处的纳米颗粒分布的典型SEM图，可见大量金纳米棒吸附在光纤表面，且颗粒聚集形成cluster结构。
为了验证该方法制备的光纤SERS探针的效果，将上述制备好的锥形光纤SERS探针插入一种典型的农药残留福美双的标准溶液中，利用便携式拉曼光谱仪测量得到如图4所示的SERS光谱。光谱测试中，激发光波长为785 nm，功率为30 mW，光谱积分时间2 s。从图中可见，该方法制备的光纤SERS探针对福美双的检测灵敏度达到10-8 M，远优于我国食品安全国家标准规定的限量标准4×10-7M。进一步地，对激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的重复性进行了评估。图5给出该方法相同条件下重复制备的7根锥形光纤SERS探针对5×10-7M福美双的检测结果，可见该7条谱线几乎完全重合，各拉曼峰处的相对标准差（RSD）均小于8%，从而表明本发明激光诱导一步提拉法制备的锥形光纤SERS探针具有优良的重复性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。因此，倘若任何修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，其特征在于：包括有激光器、锥形光纤、贵金属纳米颗粒溶胶和一维精密位移平台，所述的锥形光纤的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤的平端与激光器的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台的移动端；打开激光器，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶上表面界面处；在贵金属纳米颗粒溶胶界面附近，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳米颗粒与光纤锥面的碰撞几率；随着光纤锥形端缓慢向上提拉，表面张力作用下纳米颗粒溶胶吸附在光纤锥面，并在诱导激光下引起溶剂快速挥发，纳米颗粒在锥面聚集，形成锥形光纤SERS探针。
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，其特征在于：所述的锥形光纤采用石英光纤或聚合物光纤或钛宝石光纤。
3.根据权利要求2所述的一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，其特征在于：所述的锥形端为单锥或双锥或单锥与双锥的组合锥结构。
4.根据权利要求1所述的一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，其特征在于：所述的贵金属纳米颗粒溶胶为金、银纳米颗粒溶胶的一种或者两种的组合。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112146782A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 西北大学 一种可控金刚石颗粒掺杂浓度的制备光纤量子探针的方法
CN112858254A (zh) * 2021-01-11 2021-05-28 上海大学 基于柱矢量贝塞尔高斯光束的sers激发装置及方法
CN113008871A (zh) * 2021-04-07 2021-06-22 东莞理工学院 一种基于相变结晶的光纤光镊分子俘获方法、持久性有机污染物的拉曼光谱检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101539522A (zh) * 2009-04-27 2009-09-23 清华大学 一种制备表面增强拉曼散射光纤探针的方法
CN104614360A (zh) * 2015-01-16 2015-05-13 中国科学院合肥物质科学研究院 一种在锥形光纤表面组装贵金属纳米晶的方法
CN105241864A (zh) * 2015-10-21 2016-01-13 中国科学院合肥物质科学研究院 激光诱导自组装法制备高灵敏度光纤sers探针的方法
CN106744663A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 西北工业大学 局域场增强热点诱导自组装法制备银微花的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101539522A (zh) * 2009-04-27 2009-09-23 清华大学 一种制备表面增强拉曼散射光纤探针的方法
CN104614360A (zh) * 2015-01-16 2015-05-13 中国科学院合肥物质科学研究院 一种在锥形光纤表面组装贵金属纳米晶的方法
CN105241864A (zh) * 2015-10-21 2016-01-13 中国科学院合肥物质科学研究院 激光诱导自组装法制备高灵敏度光纤sers探针的方法
CN106744663A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 西北工业大学 局域场增强热点诱导自组装法制备银微花的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
范群芳 等: ""利用激光诱导化学沉积法制备锥形光纤SERS探针"", 《中国激光》 *
董子豪 等: ""激光诱导液面自组装法制备光纤SERS探针及其农药残留检测应用"", 《中国激光》 *
董子豪: ""激光诱导法制备光纤SERS探针及其检测应用"", 《万方学位论文》 *
赵祥伟: ""基于光子晶体的生物分子编码载体"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (博士) 基础科学辑》 *
雷星 等: ""高灵敏度锥形光纤SERS探针及其在农残检测中的应用"", 《光学学报》 *
黄竹林 等: ""贵金属纳米结构为敏感层的锥形光纤探针及其SERS活性"", 《光散射学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112146782A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 西北大学 一种可控金刚石颗粒掺杂浓度的制备光纤量子探针的方法
CN112146782B (zh) * 2020-09-25 2021-11-02 西北大学 一种可控金刚石颗粒掺杂浓度的制备光纤量子探针的方法
CN112858254A (zh) * 2021-01-11 2021-05-28 上海大学 基于柱矢量贝塞尔高斯光束的sers激发装置及方法
CN113008871A (zh) * 2021-04-07 2021-06-22 东莞理工学院 一种基于相变结晶的光纤光镊分子俘获方法、持久性有机污染物的拉曼光谱检测方法
CN113008871B (zh) * 2021-04-07 2021-09-17 东莞理工学院 一种基于相变结晶的光纤光镊分子俘获方法、持久性有机污染物的拉曼光谱检测方法

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Publication number Publication date
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