一种基于黑磷金滤纸的三维SERS基底及其制备方法和应用

一种基于黑磷金滤纸的三维sers基底及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于拉曼光谱技术领域，具体涉及一种基于黑磷金滤纸的三维sers基底及其制备方法和应用。


背景技术：

2.拉曼光谱(rs)显示出根据物质的振动指纹识别物质的巨大潜力。然而，传统的拉曼信号强度低，一些分子产生荧光干扰，使得成分复杂、自发荧光强的生物样品难以检测。当样品接近或吸附在贵金属(如金和银)的粗糙表面时，与传统的拉曼相比，目标分析物的拉曼信号可以大大增强，因此表面增强拉曼光谱(sers)已成为生物检测中一种更灵敏的分析技术，具有预处理简单的优点，操作简单，检测时间短，灵敏度高。利用sers技术，可以在低激发功率下获得高质量的拉曼信号，从而防止对生物样品的损伤。此外，sers可以降低生物样品的自发荧光背景。因此，表面增强拉曼光谱在生物领域显示出巨大的应用前景。近年来，sers在微生物检测中也发挥了重要作用。
3.黑磷(bp)，作为一种新兴的无机二维纳米材料，具有很高的生物相容性和层依赖性，直接带隙在0.3ev到2.0ev，已成为生物医学、电子学和光电子学领域最具潜力的材料之一。在本技术发明人之前的研究中，bp金纳米片被用于sers生物分析。金纳米颗粒在bp纳米片上的修饰使bp纳米片的cm和金纳米片的em能够集成，从而比裸金纳米颗粒或bp纳米片显著增强和高度可重复检测化学分子，展示了其在生物应用中的巨大潜力。
4.与传统基底相比，三维(3d)sers基底不仅具有更大的表面积，有利于吸附更多的探针分子，而且当基底被贵金属纳米颗粒修饰时，还可以为分析物提供更多的“热点”和结合位点。yang等人制备了一种新的3d介孔zno/ag sers基底，该基底具有高灵敏度和重现性，用于检测染料，并且3d基底显示出良好的sers活性。此外，基于au/tio2、ag/zno、au/石墨烯和ag/石墨烯的类似3d sers基底已开发用于生物医学检测。但这些底物的制备过程耗时且复杂。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于黑磷金滤纸的三维sers基底的制备方法，该方法工艺简洁，成本低。
6.本发明的目的还在于提供上述方法制备获得的基于黑磷金滤纸的三维sers基底，这些基于滤纸的sers基底可以产生更多的“热点”，以实现更强的增强效果，并保持良好的信号再现性。
7.本发明的最后一个目的在于提供上述基于黑磷金滤纸的三维sers基底在制备食源性细菌检测制剂方面的应用。
8.本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于黑磷金滤纸的三维sers基底的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)选取黑磷分散于n-甲基吡咯烷酮中，先采用超声波探头在冰上超声处理，然后
在冰浴中进行超声处理，得分散液，将分散液低速离心以去除未剥离的黑磷，再高速离心以收集黑磷纳米片，将收集的黑磷纳米片重悬在n-甲基吡咯烷酮中，得黑磷纳米片；
10.(2)将haucl4分散在沸水中，然后加入步骤(1)中制备的黑磷纳米片，搅拌使黑磷与金结合在一起，然后离心去除裸露的金纳米颗粒，进而得到含黑磷-金纳米颗粒的分散液；
11.(3)将滤纸在步骤(2)制备的含黑磷-金纳米颗粒的分散液中浸泡后，清洗，干燥，即制得基于黑磷金滤纸的三维sers基底。
12.本发明基于黑磷金滤纸的三维sers基底的制备方法，该方法先合成黑磷纳米片，再采用热回流法合成黑磷金纳米颗粒分散液，然后将滤纸浸泡在黑磷金纳米颗粒分散液中，清洗、干燥，即制得基于黑磷金滤纸的三维sers基底。
13.在上述基于黑磷金滤纸的三维sers基底的制备方法中：
14.优选的，步骤(1)中所述黑磷与所述n-甲基吡咯烷酮的用量关系为1mg：0.5～1.5ml。
15.优选的，步骤(1)中采用超声波探头在冰上超声处理6～7h，其中超声波的功率为600～700w，持续时间2～4s，间隔4～5s。
16.优选的，步骤(1)中在冰浴中进行隔夜超声处理时，超声波的功率为300～350w，超声时间为12～14h。
17.优选的，步骤(1)中低速离心时的转速为2000～2500rpm，低速离心时间为10～12min，高速离心时的转速为7000～7500rpm，高速离心时间为20～23min。
18.优选的，步骤(2)中所述haucl4的浓度为10～12mm，其与所述沸水的体积比为0.015～0.020：1，步骤(2)中所述黑磷纳米片的浓度为5～8mg/ml，所述haucl4与所述黑磷纳米片的体积比为2：1～1.5。
19.优选的，步骤(2)中搅拌使黑磷与金结合在一起，此时溶液颜色从黄棕色变为紫红色，步骤(2)中离心时以7000～7500rpm离心10～15min，以去除裸露的金纳米颗粒并将黑磷-金纳米片分散在水中，得到含黑磷-金纳米颗粒的分散液。
20.优选的，步骤(3)中将滤纸在步骤(2)制备的含黑磷-金纳米颗粒的分散液中24～26小时后，用蒸馏水彻底清洗滤纸，以去除松散结合的黑磷-金纳米颗粒，并在室温下干燥过夜，经过1～5个周期的浸泡-清洗-干燥过程，获得基于黑磷金滤纸基的三维sers基底。
21.本发明的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于黑磷金滤纸基的三维sers基底，采用上述的方法制备获得。
22.本发明的上述第三个目的可以通过以下技术方案来实现：上述基于黑磷金滤纸基的三维sers基底在制备食源性细菌检测制剂方面的应用。
23.本发明具有以下有益效果：
24.(1)本发明这些基于滤纸的sers基底可以产生更多的“热点”，以实现更强的增强效果，并保持良好的信号再现性；
25.(2)本发明制备方法成本低，制备容易不复杂；
26.(3)本发明制备的黑磷金滤纸基三维sers基底在食源性细菌检测方面的应用。
附图说明
27.图1为实施例1中制备获得的bp金滤纸基sers基底的扫描电镜图像，其中(a)-(d)图为不同放大倍数下bp-au滤纸sers基底的sem图像，(d)图线框内可以看出bp-au纳米片分布在滤纸上；
28.图2为在结晶紫作为拉曼探针分子时，滤纸、黑磷金滤纸的拉曼信号；
29.图3为实施例2中3种食源性致病菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和单核增生李斯特菌)在滤纸上的sers光谱分析；
30.图4为实施例2中五个随机点的大肠杆菌在bp-au滤纸sers基底上的sers光谱分析；
31.图5为实施例2中五个随机点的金黄色葡萄球菌在bp-au滤纸sers基底上的sers光谱分析；
32.图6为实施例2中五个随机点的单核增生李斯特菌在bp-au滤纸sers基底上的sers光谱分析。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。实施例中所用试剂或材料，如未特别说明，均来源于商业渠道。
34.实施例1
35.本实施例提供的基于黑磷金滤纸的三维sers基底的制备方法，包括以下步骤：
36.(1)bp纳米片的合成：将30mg散装黑磷(bp)粉末分散在30mln-甲基吡咯烷酮(nmp)中，并用超声波探头(600w，持续时间2s，间隔4s)在冰上超声处理6～7h。然后，在功率为300w的冰浴中对混合物进行隔夜超声处理约12～14h。以2000rpm的转速将分散液离心10分钟，以去除未剥离的bp，随后，通过在7000rpm下离心20分钟收集bp纳米片，并重新悬浮在nmp中；
37.(2)采用简易回流法合成了bp-au纳米片：将300μl haucl4(10mm)分散在20ml沸水中，然后在恒定搅拌下添加150μl浓度为5mg/ml的制备bp纳米片，持续搅拌2min，直到溶液颜色从黄棕色变为紫红色，最后，将产物以7000rpm离心10分钟，以去除裸露的金纳米颗粒使bp-au纳米片分散在水中；
38.(3)将滤纸浸泡在含有5mlbp-au片的培养皿中24小时，即可制备出bp-au滤纸基3d-sers基底。然后用蒸馏水彻底冲洗滤纸，以去除松散结合的bp-au纳米颗粒，并在室温下干燥过夜，经过3个周期的浸没-漂洗-干燥过程，获得了用于进一步检测的基于bp-au滤纸基的3d sers基底。
39.制备获得的基于bp金滤纸基的sers基底的扫描电镜图像如图1中所示，其中a图-d图为不同放大倍数下bp-au滤纸sers基底的sem图像，其中(d)图线框可以看出bp-au纳米片分布在滤纸上。
40.图1可以看出bp-au纳米片很好的分布在滤纸上。
41.在结晶紫作为拉曼探针分子时，分别采用步骤(3)中的滤纸以及步骤(3)中的黑磷金-滤纸的拉曼信号如图2所示，从图2中可以看出当使用黑磷金滤纸的三维sers基底时，拉曼信号得到了显著的增强。
42.实施例2
43.将浓度为107cfu/ml的大肠杆菌(包括五个随机点样品，分别为e.coli 1-e.coli 5)、金黄色葡萄球菌(包括包括五个随机点样品，分别为s.aureus 1-s.aureus 5)和单核增生李斯特菌(包括包括五个随机点样品，分别为listeria 1-listeria 5)等细菌样品滴于实施例1中制备的基于bp-au滤纸基的3d sers基底上，在785nm激光激发下，记录其620～1720cm-1
的sers光谱。
44.从图4-图6与图3的对照中可以看出3种食源性致病菌在滤纸基质上的sers光谱有了明显的增强。
45.以上实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以上实施例。所属技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形，均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。