科学研究

渠陆陆博士近期研究进展

发布者:邢蓓蓓发布时间:2019-09-29浏览次数:10

本课题组以表面增强拉曼光谱SERS为基础,在功能纳米材料制备、现场快速检测及环境污染物分析等方面开展研究,致力于构建多功能纳米复合结构,实现复杂环境中污染物的现场快速分析,为突发污染事件有效预防和应急处置提供了有力的技术支持。在Adv. Funct. Mater.Biosens. Bioelectron.ACS Appl. Mater. Interfaces 等国际著名学术期刊上以通讯作者与第一作者发表SCI论文20多篇,所发表论文并多次被国际知名专家及Chem. Soc. Rev.Trac-Trend Anal. Chem.等权威综述文章原图引用和大段正面评述;授权发明专利1项。主持国家自然科学基金面上项目1项,主持完成国家自然科学基金青年项目1,江苏省自然科学基金青年基金1

具体研究成果如下

1、发展新型SERS传感基底新策略

创新性地利用倾斜角沉积技术制备了高重复性、灵敏度高的银纳米阵列SERS基底,实现了甜味剂和人工合成色素的高灵敏SERS检测,克服了传统SERS基底重复性低的问题Sensor. Actuat. B-Chem. 2017, 251, 272)。为解决SERS基底制备过程复杂,需要借助专业设备完成,开发了一系列便携且可抛的SERS活性基底,实现了不规则形状基质表面农药残留的高通量分析,解决了常规SERS基底性能弱、稳定性差的问题,为SERS在常规分析中的使用提供了巨大的潜力(Microchim. Acta 2016, 183, 1307Microchim. Acta 2017, 184, 2909)。

常规SERS基底作为一次性使用的材料,其较高的制作成本和复杂的制备过程不但限制了SERS的实际应用而且使后续的重复实验变得异常复杂。为了解决该问题,构建了集催化和SERS性能为一体的纳米复合结构实现了复合材料的可循环应用拓展了复合材料在实际污染物处理和检测中的应用,并且实现了SERS基底的可循环使用(J Hazard Mater. 2019, 379, 120823; Talanta 2018, 186, 265; J. Mater. Sci. 2017, 52, 8311)。进一步,利用制备的高性能SERS基底结合薄层色谱建立了发霉物质中黄曲霉素的现场快速分离检测技术,为突发性污染事件现场应急分析和发霉食品的快速筛选提供了新的策略J. Chromatogr. A 2018, 1579, 115)。

1. 新型SERS传感基底

2、基于膜富集与SERS联用技术的水体中有机污染物现场快速检测

    为了增强制备基底的富集能力,构建了可抛型的固相萃取膜,该膜可以用于水样中抗生素的快速富集和SERS检测。由于复合材料拥有巨大的吸附面积而具有高吸附性能,致使膜具有优异的预富集能力和显著增强分析物拉曼信号的能力,提高了SERS检测的灵敏度J. Mater. Sci. 2018, 53, 14989;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 42427.进一步,将银纳米颗粒和碳纳米管均匀地嵌入在氧化石墨烯纳米片层间,首次构建了同时具有富集和增强拉曼光谱信号功能的石墨烯基传感薄膜。结合便携式拉曼光谱仪,成功实现了污染水体中有机分子的高灵敏SERS检测。由于有机分子和薄膜中氧化石墨烯之间存在强烈的π-π堆积及静电作用,促使该膜对有机分子具有高效的富集能力,增强了SERS检测的灵敏度,对水体中有机物污染的检测可以达到nM水平;由于碳纳米管在氧化石墨烯片层中形成了纳米孔道,极大地提高了复合薄膜的水通量,解决了常规膜基底水通量低、过滤时间长的问题ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 28180,授权专利号:ZL201610810543.9)。

在此基础上为解决复合薄膜上污染物的饱和吸附和交叉污染问题,成功构筑了一种多功能,循环使用的异质结复合膜。通过π-π堆积作用该膜对待测物有良好的预浓缩能力,表现出高灵敏SERS活性;而且其电子-空穴分离效率高,具有良好的催化活性,可将吸附待测物光催化降解为无机小分子,实现传感基底的循环应用。该多功能复合膜解决了常规SERS基底单一使用,重复利用率差的问题,拓展了SERS在实际检测分析中的应用,为循环SERS基底的构建提供了一种新的思路研究成果发表在Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1701714。文章发表后,“Materials Views中国网站对此成果进行了专题评述,指出该复合膜拓展表面增强拉曼散射在实际检测分析中的应用,为循环拉曼增强基底的构建提供了一种新的思路,同时为有效移除及检测水体中有机污染提供了新的研究策略。

2.膜富集和SERS联用研究成果

3. 建立无机信号小分子SERS原位分析新技术

利用上述制备的基底,通过对其表面进行修饰制备出一系列新型的SERS纳米传感器实现内源性信号分子的高灵敏度检测,建立了单细胞内信号分子的SERS分析技术,拓展了细胞内物种的光谱分析手段及SERS技术在分析检测中的应用范围(Biosens. Bioelectron. 2016, 77, 292Sensor. Actuat. B-Chem. 2018, 277, 8.)。在此基础上,创新性地利用特异性化学反应,制备能够对•OHH+产生SERS响应的新型纳米探针,建立了基于SERS的细胞内•OHH+等的原位检测新技术,在单细胞水平上对重要生化通路进行了跟踪监测研究Sensor. Actuat. B-Chem. 2017, 251, 934Colloid Surfaces A 2019, 562, 289)。

3.无机信号小分子SERS分析成果