一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统制备方法

技术领域

本发明涉及光谱检测领域，具体涉及一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统制备方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱（SERS）因其检测灵敏度高，分析速度快等优点成为有效检测水体中砷离子的方法，然而，SERS衬底的制备工艺通常比较复杂，且制备成本相对昂贵，限制了SERS技术在砷离子检测领域的应用前景。另一方面，水体中除了含有砷离子，通常还含有大量干扰物质（如Pb2+, Hg2+, Cu+, K+, Cr3+, Co2+, Fe3+等等），这些干扰物质产生拉曼信号与砷离子的拉曼信号重叠，使砷离子的检测变得困难。

层析分离法是一种简单、便捷的检测物分离方法，它是利用混合物中各组分的物理、化学性质的差异，使各组分以不同的程度分布在固定相和流动相中，通过毛细作用从而达到分离，能够有效分离出水体中的砷离子。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统制备方法，该复合柔性系统既作为层析分离的固定相，又作为SERS的衬底，能够实现对水体中砷离子快速分离与检测，具有低成本、制备工艺简单、稳定性好、检测灵敏度高等优点，适合推广使用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统制备方法，包括以下步骤：

步骤S1:以聚亚酰胺和氯金酸为原料，采用激光直写技术在Ecoflex基底上制备多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性基底,并将多孔石墨烯作为层析分离的固定相，利用R6G水溶液作为层析分离的流动相；

步骤S2:通过谷胱甘肽对多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性基底进行功能化修饰，得到最终的多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性系统；

步骤S3:建立SERS信号强度与砷离子浓度之间的联系，实现对砷离子的层析分离与SERS双功能检测。

进一步的，所述步骤S1具体为：

步骤S11:基于Ecoflex制备Ecoflex基底；

步骤S12:将聚亚酰胺膜负载于Ecoflex柔性基底上，利用激光直写技术在聚亚酰胺膜上制备Ecoflex-多孔石墨烯柔性基底；

优选的，激光功率为80%~90%，激光刻蚀深度为8μm~10μm；

步骤S13:采用氯金酸为原料，并基于Ecoflex-多孔石墨烯柔性基底，制备多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性基底。

进一步的，所述步骤S11具体为：

将Ecoflex的A、B溶液进行1:1混合，搅拌8~10分钟，放入真空干燥箱中抽除气泡20~30min，然后；利用匀胶机旋涂成膜，置于恒温干燥箱中60~80℃固化2~4h，形成Ecoflex柔性基底。

进一步的，所述步骤S13具体为：

取0.5ml~1ml配制好的0.3~0.5M氯金酸水溶液负载在多孔石墨烯柔性基底上，置于恒温干燥箱中60~80℃干燥2~3h，随后，通过二次激光直写技术在多孔石墨烯上还原制备金纳米颗粒，形成Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒柔性基底，激光功率设置为70%~80%，激光刻蚀深度为4μm~6μm。

进一步的，所述步骤S2具体为：取30ml~50ml配制好的80nM~100nM谷胱甘肽溶液置于烧杯中，将Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒柔性基底在谷胱甘肽溶液中，在室温下浸泡30min~60min，实现谷胱甘肽对双功能柔性系统的功能化修修饰。

一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统的层析分离砷离子的方法，包括以下步骤：

1）点样：用移液枪量取20μL~30μL含砷离子的检测物（0ppb~10ppb）垂直轻轻点在双功能柔性基底的一端，一触即止，自然干燥，重复点样2~3次，每个点在柔性基底上的扩散直径最大不超过3mm~4mm；

2）扩展：将点样后的双功能柔性基底直立于装有流动相的烧杯中，点样的一端在下，流动相的液面需低于点样位置1cm~1.5cm，避免流动相与检测物直接接触；当流动相在柔性基底上升2cm~3cm后，将复合柔性基底移走，标记流动相前缘位置，自然干燥，用于SERS数据采集。

一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统的检测砷离子的方法，包括以下步骤：

1）室温下，使用共聚焦显微拉曼光谱仪（HORIBA HR Evolution）对经过层析分离得到的复合柔性基底采集R6G探针分子的SERS信号；激光光源为633 nm，选择50X物镜，测量范围300~2000 cm

2）将不含砷离子的溶液采用双功能柔性基底进行层析分离后，采集R6G探针分子的SERS信号，作为参照数据；

3）将含有不同重金属离子（如Pb

本发明基于原理：①表面增强拉曼光谱（SERS）是指将待测物吸附在粗糙的纳米金属材料表面，可使金属表面待测物的拉曼信号增强10

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明兼具层析分离与 SERS 双功能柔性系统的制备方法，利用激光直写技术在Ecoflex 基底上制备多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性系统，并采用谷胱甘肽对该复合柔性系统进行功能化修饰；该复合柔性系统既能够作为层析分离的固定相，又能够作为 SERS的衬底，利用多孔石墨烯优异的吸附性能与金纳米颗粒的电磁场增强特性，实现对水体中砷离子快速分离与检测，具有低成本、制备工艺简单、稳定性好、检测灵敏度高等优点，适合推广使用。

附图说明

图1 层析分离与SERS双功能柔性系统的制备流程示意图；

图2 （a）Ecoflex-聚亚酰胺基底、多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的电子照片；（b）多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的柔性测试；

图3 多孔石墨烯基底的SEM图；

图4 多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的SEM图；

图5 谷胱甘肽修饰的多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的SEM图；

图6 双功能柔性系统的亲水性测试；

图7 双功能柔性系统的层析分离过程示意图；

图8 双功能柔性系统对不同浓度砷离子（0-10ppb）的SERS检测光谱；

图9 双功能柔性系统SERS信号强度与砷离子浓度关系图；

图10双功能柔性系统对不同重金属离子SERS检测的选择性分析（Pb

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种兼具层析分离与SERS双功能柔性系统制备方法，包括以下步骤：

步骤S1:以聚亚酰胺和氯金酸为原料，采用激光直写技术在Ecoflex基底上制备多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性基底，具体如下：

步骤S11:将Ecoflex的A、B溶液进行1:1混合，搅拌10分钟，放入真空干燥箱中抽除气泡30min；然后，利用匀胶机旋涂成膜，置于恒温干燥箱中80℃固化2h，形成Ecoflex基底；随后，将聚亚酰胺膜负载于Ecoflex基底上，获得Ecoflex-聚亚酰胺基底，如图2a所示；

步骤S12：利用激光直写技术在聚亚酰胺膜上制备Ecoflex-多孔石墨烯柔性基底，激光功率为90%，激光刻蚀深度为10μm。图3为多孔石墨烯柔性基底的SEM图，由图可知，激光直写制备得到的石墨烯拥有丰富的孔状结构，比表面积大，具有优异的吸附性能，可作为砷离子的层析分离的固定相。

步骤S13取0.5ml配制好的0.3M氯金酸水溶液负载在多孔石墨烯柔性基底上，置于恒温干燥箱中80℃干燥3h，最后，通过二次激光直写技术在多孔石墨烯上还原制备金纳米颗粒，形成Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒基底，激光功率设置为70%，激光刻蚀深度为4μm。图2中a为Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的电子照片，图2中b为Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的柔性测试，由图可知，该基底具有良好的柔性；图4为Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的SEM图，由图可知，二次激光直写技术对多孔石墨烯的形貌没有产生影响，同时，在多孔石墨烯基底上均匀分布着金纳米颗粒，金纳米颗粒形貌均一，可提供一种良好的SERS衬底。

步骤S2:通过谷胱甘肽对多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性基底进行功能化修饰，得到最终的多孔石墨烯-金纳米颗粒复合柔性系统，具体为：

取50ml配制好的100nM谷胱甘肽溶液置于烧杯中，将Ecoflex-多孔石墨烯-金纳米颗粒柔性基底在谷胱甘肽溶液中，在室温下浸泡60min，实现谷胱甘肽对双功能柔性系统的功能化修修饰。图5为谷胱甘肽修饰的多孔石墨烯-金纳米颗粒基底的SEM图，由图可知，利用谷胱甘肽对柔性系统进行功能化修饰前后，多孔石墨烯与金纳米颗粒的形貌没有明显发生变化，可进一步用于砷离子的层析分离与SERS双功能检测；图6为双功能柔性系统的亲水性测试图，由图可知，双功能柔性系统具有良好的亲水性，进一步证明了该柔性系统可作为一种良好的层析分离的固定相。

优选的，在本实施例中，将吸附性能优异的多孔石墨烯作为层析分离的固定相，利用R6G水溶液作为层析分离的流动相，R6G溶液浓度为0.3mM~0.5mM；

本实施例还提供一种层析分离砷离子，具体为：

1）点样：用移液枪量取20μL~30μL含砷离子的检测物（10ppb~50ppb）垂直轻轻点在双功能柔性基底的一端，一触即止，自然干燥，重复点样2~3次，每个点在柔性基底上的扩散直径最大不超过3mm~4mm；

2）扩展：将点样后的双功能柔性基底直立于装有流动相的烧杯中，点样的一端在下，流动相的液面需低于点样位置1cm~1.5cm，避免流动相与检测物直接接触；当流动相在柔性基底上升2cm~3cm后，将复合柔性基底移走，标记流动相前缘位置，自然干燥，用于SERS数据采集；

3）室温下，使用共聚焦显微拉曼光谱仪（HORIBA HR Evolution）对经过层析分离得到的复合柔性基底进行SERS光谱采集；激光光源为633 nm，选择50X物镜，测量范围400~1700 cm-1，积分时间为10 s。

本实施例还提供一种砷离子检测方法，具体为：

1）室温下，使用共聚焦显微拉曼光谱仪对经过层析分离得到的复合柔性基底采集R6G探针分子的SERS信号；激光光源为633 nm，选择50X物镜，测量范围400~1700 cm-1，积分时间为10 s；

2）将空白的复合柔性基底进行层析分离后，采集R6G探针分子的SERS信号，作为参照数据；

3）将含有其他离子（如Pb2+, Hg2+, Cu+, K+, Cr3+, Co2+, Fe3+）的检测物（10ppb~100ppb）点在双功能柔性基底上，重复层析分离的扩展步骤，采集R6G探针分子的SERS信号，分析双功能柔性基底的选择性。

图8为双功能柔性系统对不同浓度砷离子（0-10ppb）的SERS检测光谱，由图可知，不含砷离子的样品SERS信号很弱，随着砷离子浓度的增加，SERS信号逐渐增强，这是由于砷离子与金纳米颗粒表面修饰的谷胱甘肽结合形成As-O键，引起金纳米颗粒产生团聚，在光场作用下，团聚的金颗粒能够产生显著增强的电磁场，从而增强SERS信号；图9双功能柔性系统SERS信号强度与砷离子浓度关系图，由图可知，SERS信号强度与砷离子浓度呈良好的线性关系y=7.8894x+3.55435，其平方差R

为了分析双功能柔性系统对不同重金属离子SERS检测的选择性，我们将不同重金属离子（Pb

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。