基于超疏水界面光极定向蒸发预浓缩的表面增强拉曼分析器件的研制及其应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21277131
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0602.环境分析化学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Surface enhanced Raman Scattering (SERS) is a highly sensitive spectroscopic analytical technique, which is based on nanomaterials of coinage metals (SERS substrate). SERS optrode is a recently developed remote fiber optic SERS sensor. On the optrode, SERS substrate was built on the distal end while the proximal end of the fiber was used to couple laser in. Both the laser and SERS signal travel through the same fiber. Such kind of sensor is well suited for field and remote analysis..On the surface of certain type of superhydrophobic materials, the solutes will recede along with the contact line of a droplet and the superhydrophobic surface upon evaporation, and finally precipitate on a very small area when dry. This could be used for preconcentration of trace analytes. Near single molecule sensitivity SERS analysis of model anlyte R6G has been established based on superhydrophobic-SERS dual functional substrate. .In this proposal, however, SERS optrode will be used in combination of superhydrophobic materials to develop a new type of SERS device for trace analysis. Instead of random precipitation on the dual functional substrates reported by others, in this configuration solutes in the sample droplet will be directed to the optrode during evaporation. The SERS optrode acts as sensing as well as preconcentration platform. Factors that affect the superhydrophobicity and the receding of contact line, as well as the surface modification and geometry of the SERS optrode, will be explored for best preconcentration results. Field analytical methods of trace chemicals, such as TNT/DNT, paraquat, and tetracycline will be developed based on the SERS optrode-superhydrophobic substrate analytical device.Preliminary results showed that a ppt level sensitivity can be easily obtained using this device, which is 3 oders of magnitude lower than optrode only analysis.
表面增强拉曼散射(SERS)光极是指在光纤一端构建有SERS 基底,激发激光和产生的SERS 信号沿同一光纤传输的传感器,适合遥感和现场分析。在某些超疏水材料表面,由于特有的自清洁效应,溶液液滴随蒸发而收缩变小,并将溶质浓缩到一点上,这一现象已用于样品预浓缩。本课题拟将本实验室开发高灵敏度SERS光极与超疏水材料集成,构建新型SERS分析器件。即利用亲水性SERS光极操纵超疏水界面的样品液滴,让SERS光极对样品分子进行主动"捕获",从而兼有自清洁效应带来的高效富集和光极的优点,适用于现场超痕量样品定性定量分析。课题拟考察和阐明影响器件分析灵敏度的因素,如材料超疏水特性、样品浓度,光极表面修饰和几何尺寸等。在此基础上,建立对环境中微量化合物如爆炸物TNT,农药百草枯,以及四环素类抗生素的现场分析方法。初步实验结果发现本SERS器件分析灵敏度可达ppt,比单独使用光极时提高至少3个数量级。

结项摘要

表面增强拉曼散射(SERS)是在20世纪70年代发展起来的一种高灵敏度的定性定量方法,具有对痕量和超痕量物质进行定性和定量分析的能力。不过,传统的SERS技术对样品量、SERS基底有一定要求,当样品量过少或者样品浓度过低的时候,传统的SERS技术就很难满足分析要求。为解决这一难题,文献中广泛采用了构建超疏水-拉曼增强双功能SERS基底的方法。但超疏水-拉曼增强双功能基底也存在一定问题。溶液液滴在超疏水表面挥发后,其溶质沉积的点直径只有20-50微米,很难被找到,会带来很大的操作问题。.基于此,我们提出了利用超疏水材料和SERS光极共同构成分析器件,即让样品溶液在超疏水材料表面挥发,让SERS光极充当“钓鱼”鱼钩,即利用亲水性SERS 光极操纵超疏水界面的样品液滴,让SERS 光极对样品分子进行主动“捕获”,从而兼有自清洁效应带来的高效富集和光极的优点,实测(绝对量)灵敏度提高倍数可达5个数量级,浓度灵敏度也可提升约3个数量级。相对于文献报道的理论预测,我们实测值提高了约1个数量级,适用于现场超痕量样品定性定量分析。发现了提升SERS基底,特别是基于银纳米材料的非液相SERS基底在空气中保存寿命的方法。这一发现对今后SERS技术走向实用化具有极大的意义。提出了研制柔性SERS基底,集采样和拉曼增强于一身,可以更便捷的应用于现场表面污染物分析,如公共安全领域行李表面残留爆炸物、食品安全领域残留农药和非法添加剂等的分析。建立了针对有机磷农药、爆炸物、非法添加剂等的分析方法,申请了超疏水-SERS光极分析器件的中国发明专利。一些方法的灵敏度已经达到或者超过了文献中报道的大型设备的灵敏度。.迄今,我们已经基本完成本课题,在国际期刊上发表署名本课题资助的SCI期刊论文10篇,课题相关英文专著一章,授权中国发明专利一项,参加国际学术会议2次(其中一次属于分会场组织人),培养硕士研究生3人。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
SERS optrode as a "fishing rod" to direct preconcentrate analytes from superhydrophobic surfaces
SERS 光极作为“钓鱼竿”引导超疏水表面的分析物预浓缩
  • DOI:
    10.1039/c4cc07928k
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Fan, Meikun;Cheng, Fansheng;Brolo, Alexandre G.
  • 通讯作者:
    Brolo, Alexandre G.
A silver nanoparticle embedded hydrogel as a substrate for surface contamination analysis by surface-enhanced Raman scattering
嵌入银纳米粒子的水凝胶作为表面增强拉曼散射表面污染分析的基底
  • DOI:
    10.1039/c4an00968a
  • 发表时间:
    2014-10-21
  • 期刊:
    ANALYST
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Gong, Zhengjun;Wang, Canchen;Brolo, Alexandre G.
  • 通讯作者:
    Brolo, Alexandre G.
Surface enhanced Raman scattering fiber optic sensor as an ion selective optrode: the example of Cd2+ detection
作为离子选择性光极的表面增强拉曼散射光纤传感器:Cd2 检测示例
  • DOI:
    10.1039/c4ra11260a
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Cheng, Fansheng;Xu, Haibing;Fan, Meikun
  • 通讯作者:
    Fan, Meikun
Ag decorated sandpaper as flexible SERS substrate for direct swabbing sampling
银饰砂纸作为柔性 SERS 基底,用于直接擦拭采样
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2014.06.178
  • 发表时间:
    2014-10-15
  • 期刊:
    MATERIALS LETTERS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Fan, Meikun;Zhang, Zhiguo;Zhan, Haoqiang
  • 通讯作者:
    Zhan, Haoqiang
Tungsten nitride nanorods array grown on carbon cloth as an efficient hydrogen evolution cathode at all pH values
在碳布上生长的氮化钨纳米棒阵列作为所有 pH 值下的高效析氢阴极
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2014.12.096
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Liu, Qian;Asiri, Abdullah M.;Hu, Jianming;Sun, Xuping
  • 通讯作者:
    Sun, Xuping

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其他文献

Fabrication of SERS Q-tip for direct swab detection of trace explosives in fingerprints
用于直接拭子检测指纹中痕量爆炸物的 SERS Q-tip 的制造
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚正君;杜鸿杰;程凡圣;王聪;王粲琛;范美坤
  • 通讯作者:
    范美坤
Resolving the dilemma of gaining conductivity but losing environmental friendliness in producing polystyrene/graphene composites emvia/em optimizing the matrix-filler structure
通过优化基体-填料结构解决聚苯乙烯/石墨烯复合材料生产中获得导电性却失去环境友好的困境
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Green Chemistry
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    范美坤
  • 通讯作者:
    范美坤
Separation, identification and fast determination of organophosphate pesticide methidathion in tea leaves by thin layer chromatography–surface-enhanced Raman scattering
薄层色谱-表面增强拉曼散射分离鉴定和快速测定茶叶中有机磷农药甲硫磷
  • DOI:
    10.1039/c3ay41152d
  • 发表时间:
    2013-09
  • 期刊:
    Analytical Methods
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    姚超平;程凡圣;王聪;王永红;郭小伟;范美坤;张自有
  • 通讯作者:
    张自有

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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