大面积有序纳米膜的多重调控制备及在SERS传感器中的应用

Fabrication of large-area and well-ordered nanofilms will lead to a wide range of potential applications, including optoelectronics device, information storage and biosensors. The well-ordered nanofilms will be prepared by oil/water interfacial self-assembly of hydrophilic and hydrophobic nanoparticles and employed as SERS biosensor platforms for sensitive and selective detection in this project. The thermodynamics properties and dynamic behavior of the interfacial self-assembly will be investigated by controlling of particle surface, choosing a variety of mediator and oil phase. The ordering of the nanofilms will be promoted by used a unite adjusting and control method or a co-regulating and control measure. And the ion beam sputtering or chemical etching will play a secondary and regulating role for interparticle distance and ordering. At last, the SERS signal enhancement capability, uniformity and repeatability of SERS biosensors will be studied.

制备大面积的有序纳米膜有利于其在光电转换装置、信息存储和生物传感器等领域广泛应用。本项目主要研究油水界面自组装方法制备大面积的亲水性和疏水性有序纳米膜，并应用该基底作为灵敏的和选择性的SERS传感平台进行检测分析。通过调控粒子表面状态、选择不同种类的诱导剂和油相，探讨自组装过程中的热力学和动力学行为。采用联合调控和协同调控的方法来促进大面积纳米膜的有序性，随后以离子溅射法和化学刻蚀法继续调控粒子间距和有序性，实现大面积有序纳米膜的多重调控制备。最后研究该大面积有序纳米膜作为SERS传感器进行检测的信号稳定性和可重复性。

大面积高度有序的纳米结构膜具有出色的电学和光学特性，在光子学、光电子学、太阳能电池、信息存储、传感器和催化领域等方面有着巨大应用潜力。本项目主要研究了单分散性纳米颗粒的制备、表面改性和界面自组装构筑大面积有序纳米结构。探讨了不同反应条件和联合不同制备方法制备了单分散性的纳米金颗粒、纳米银颗粒和纳米二氧化硅颗粒。基于纳米颗粒的表面特性，通过加入不同的修饰试剂，如硅烷偶联剂、十二硫醇等修饰分子调控纳米颗粒的表面特性和表面状态，促进了纳米颗粒在界面的有序自组装。通过油水界面自组装、气液界面自组装、化学原位还原法和基于LB膜仪提拉法实现了大面积有序纳米结构的制备。以结晶紫为探针分子，对大面积纳米结构膜的SERS性能、信号均一性等进行了分析，提高了该有序纳米结构的应用分析能力。通过本项目的研究，基于不同的还原剂，均实现了单分散性纳米颗粒的制备，如采用葡聚糖为还原剂，合成了4-50 nm范围内的单分散性纳米金颗粒；或联合抗坏血酸和柠檬酸钠为还原剂和包覆剂，在种子生长法条件下合成了10-120 nm范围内的单分散性纳米金颗粒。同时，通过计算，实现了小粒径纳米颗粒（＜25 nm）的消光截面和消光系数的准确分析，有利于快速获得溶液中制备的纳米颗粒的大小和浓度之间的相关性。在大面积纳米膜的构筑中，将单分散性纳米金溶胶注入到甲苯和乙醇混合液，在水/油界面快速形成了大面积纳米膜结构。基于LB膜提拉法，获得了超过200μm2的有序二氧化硅单层结构膜。通过对聚赖氨酸包覆的玻片进行种子活化修饰，联合化学镀膜沉积法，制备了大面积的有序纳米金结构膜。该纳米结构膜的SERS信号均一性可控制在8%以内，为SERS传感器的进一步广泛实际应用打下了坚实基础。