集成采樣和分析過程的傳感器是分析化學(xué)、環(huán)境保護(hù)和國(guó)家安全的關(guān)鍵。然而，實(shí)現(xiàn)可靠和靈敏地大規(guī)模快速篩選目標(biāo)分析物仍然具有挑戰(zhàn)性。在此，我們通過油水界面的自組裝策略，在柔性Ti
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2Tx MXene/氧化石墨烯(MG)纖維上構(gòu)建密集均勻的等離子體熱點(diǎn)，展示了一種魯棒的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)傳感器。所制備的SERS底物具有超低的檢測(cè)限(LOD，1 × 10
-15 M， R6G)、出色的靈敏度(EF = 1.53 × 10
12)和高穩(wěn)定性(RSD = 9.47%，儲(chǔ)存60天以上)。SERS實(shí)驗(yàn)和理論模擬表明，酸化Ti
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2Tx MXene進(jìn)一步激發(fā)了體系的電荷轉(zhuǎn)移(CT)共振，而組裝的Ag納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的電磁場(chǎng)增強(qiáng)。因此，光纖傳感器不僅實(shí)現(xiàn)了多路、強(qiáng)大的農(nóng)藥殘留檢測(cè)(LOD為10
-11 M)，且誤差<7.3%，通過已建立的濃度依賴標(biāo)準(zhǔn)顏色條形碼，但也允許廣泛領(lǐng)域的識(shí)別目標(biāo)分子，如亞甲基藍(lán)，結(jié)晶紫和尼可剎米。這項(xiàng)工作為開發(fā)多用途無標(biāo)簽傳感器提供了新的見解，可用于快速多路分析真實(shí)樣品中的目標(biāo)分子。
圖1. (a) MG-Ox纖維濕法紡絲和酸化法的示意圖。(b) MG和(c) MG-Ox纖維的SEM圖像，以及相應(yīng)的XPS測(cè)量光譜(d)和高分辨率Cl s光譜(e)。(f) MG和MG-Ox纖維的UPS光譜。(g) 1 × 10
-5 M R6G分別在MG和MG-Ox纖維表面采集的拉曼信號(hào)。插圖(b):手工彎曲柔性MG纖維的數(shù)字圖像。
圖2.通過油水界面的自組裝在纖維表面構(gòu)建等離子體熱點(diǎn)。(a) MG-Ox纖維表面自組裝AgNPs示意圖。(b) MG/AgNPs纖維的SEM圖像，及其相應(yīng)的Ag組裝納米結(jié)構(gòu)的高倍放大圖像(c)，(d)幾乎沒有AgNPs，分別用黃色和紅色矩形圈出。(e)和(f)是(b)對(duì)Ag和Ti元素的能譜圖。(g) MG/ AgNPs纖維的XRD譜圖。
圖3. (a-d)水相內(nèi)被不同基團(tuán)功能化的MG-Ox纖維底部的SEM圖像:(a) Br-， (b) TSC， (c) PVP， (d) CTAB， (e-h)分別為(a-d)中典型區(qū)域?qū)?yīng)的高倍率圖像，用黃色矩形圈出。(i)帶有官能團(tuán)的MXene和AgNPs的Zeta電位。(j) MG、MG/AgNPs-Br、MG/AgNPs-TSC、MG/AgNPs-PVP和MG/AgNPs-CTAB纖維基底表面R6G的SERS光譜。
圖4. (a)在MG/AgNP-PVP纖維上收集的1 × 10
-6 ~ 1 × 10
-15 M R6G分子的SERS光譜，(b)相應(yīng)的10
-15 M R6G放大圖。(c) 5批MG/AgNPs-PVP纖維上R6G拉曼信號(hào)的穩(wěn)定性。(d)纖維上200個(gè)隨機(jī)點(diǎn)采集的R6G在612 cm
-1處拉曼信號(hào)強(qiáng)度的RSD。(e) 612 cm
-1處拉曼信號(hào)強(qiáng)度隨MG/AgNPs-PVP纖維及其AgNPs-PVP膠體儲(chǔ)存時(shí)間的衰減。(f) MG纖維、單層AgNPs納米結(jié)構(gòu)和MG/AgNPs- PVP纖維中R6G的SERS光譜。
圖5. (a) MG纖維上單層AgNPs納米結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布。(b) MXene的能帶結(jié)構(gòu)。(c) MG/AgNPs-PVP纖維與R6G分子的CT過程示意圖。
圖6. MG/AgNPs-PVP纖維基板柔性的無標(biāo)簽檢測(cè)。(a) 秋蘭姆、(b)噻苯達(dá)唑和(c)吡蚜酮分子在10
-7 ~ 10
-11 M范圍內(nèi)的SERS檢測(cè)。(d)柔性MG/AgNPs-PVP纖維多路農(nóng)藥檢測(cè)示意圖。混合農(nóng)藥在(e)桃和(f)冬棗表面的SERS譜。(g)每種農(nóng)藥的單獨(dú)條形碼和混合農(nóng)藥的疊加條形碼。從(h)亞甲基藍(lán)、(i)結(jié)晶紫和(j)尼可剎米中收集的SERS光譜。
相關(guān)研究成果由西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院、陜西省石墨烯新型炭材料及應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室Xin Liu等人于2023年發(fā)表在Sensors and Actuators: B. Chemical (https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103142)上。原文：Efficient multiplexed label-free detection by flexible MXene/graphene oxide fibers with enhanced charge transfer and hot spots effect。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
