Ag@生物类酯与醋酸纤维素纳米结构阵列薄膜对多氯联苯的SERS活性

Polychlorinated biphenyls (PCBs)，one kind of persistent organic pollutants (POPs) are chemical substances that persist in the environment, bioaccumulate through the food web, and can cause adverse effects to human health and the environment. The common techniques in labs for PCBs detection are complicated and difficult to real-time monitor and the early warning of PCBs pollution. Therefore, it’s urgent to develop a facile technique for trace PCBs detection. Based on the surface-enhacned Ranman scattering (SERS) effect which can be used as an effective approach to the detection of trace molecules, the present project aims at constructing uniform Ag-nanoparticles@triolein-embedded cellulose acetate array membranes as homogeneous SERS substrates that have chemical absorbability and extremly high SERS sensitivity to PCBs, and also revealing the correlation between the parameters of the Ag-nanoparticles@triolein-embedded cellulose acetate composite nanostructure arrays and the SERS activity. To further improve their sensitivity to PCBs and achieve trace or even ultra-trace detection of PCBs, the SERS substrates will be modified with some organic agents to improve their ability to capture trace PCBs molecules. Carrying out this research project will further enrich the technologies for constructing highly homogeneous and sensitive SERS substrates, and provide scientific proof for SERS-based rapid detection of trace PCBs, and also has important significance for environmental protection.

多氯联苯（PCBs）具有高毒性、累积性和半挥发性，能通过各种环境介质长距离迁移，对人类健康和环境造成严重危害。传统的PCBs检测方法前处理过程繁琐、检测周期长，难以满足对PCBs污染的预警及污染现场的实时监测。本项目以PCBs的快速检测为目标，基于表面增强拉曼散射（SERS）技术的快速、痕量检测的原理，综合银纳米结构的高SERS活性以及生物类酯与醋酸纤维素薄膜的吸附性，构筑对PCBs具有高SERS活性的银@生物类酯与醋酸纤维素纳米结构阵列薄膜，研究阵列结构参数与SERS活性之间的关系，阐明该阵列SERS 效应的产生机制。此外，通过选择合适的表面修饰剂对SERS 衬底修饰，以增强衬底捕获痕量PCBs的能力，进一步提高其灵敏性，实现对PCBs的快速痕量检测。该项目的实施，将为基于纳米结构的SERS 技术快速痕量检测PCBs提供科学依据，奠定核心关键检测材料基础；对环境保护具有重要意义。

多氯联苯（PCBs）具有高毒性、累积性和半挥发性，能通过各种环境介质长距离迁移，对人类健康和环境造成严重危害。因此，实现对多氯联苯的检测和预警尤为重要。目前实验室检测中多采用精密复杂的仪器设备，不仅费用昂贵，而且耗时。因此发展廉价的便携快速检测技术，非常必要与重要。基于纳米结构的表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术，具有灵敏度高、检测速度快、指纹识别等优势，在快速痕量检测有毒物质方面有潜在的前景。本研究项目以基于贵金属的SERS效应实现多氯联苯的快速检测为目标，研究制备了多种高SERS活性以及信号均匀性的SERS基底。首先以纳米压印多孔模板制备了聚丙烯腈纳米柱阵列薄膜，然后在其表面负载银纳米片以及银纳米颗粒修饰的氧化锌纳米棒，进而研究纳米柱阵列结构对SERS性能的影响以及银纳米颗粒形貌（尺寸、分布密度）与SERS活性点之间的对应关系；利用有限元分析软件模拟计算耦合银纳米颗粒对SERS活性的影响。其次，发展了一种海胆状氧化锌纳米棒作为牺牲模板构筑银纳米片组装空心管的阵列结构基底的方法，研究了银纳米片组装空心管阵列的形成机理及其对SERS活性的影响。此外基于原电池诱导生长策略，在ITO表面生长大面积的金纳米海胆结构阵列，研究金纳米海胆形貌对SERS性能的影响，利用有限元分析耦合金纳米海胆结构对SERS活性的影响。最后，基于仿生凝聚效应，构筑对目标检测物具有浓缩富集作用的银纳米片修饰的硅柱阵列基底。通过以上工作的研究实现了多氯联苯5x10-7M PCB-77的检测，项目的实施，将为基于纳米结构的SERS 技术快速痕量检测PCBs提供科学依据，奠定核心关键检测材料基础；对环境保护具有重要意义。