巯基环糊精修饰银微腔阵列的SERS效应及其在PCBs痕量检测中的应用

The harm of Polychlorinated Biphenyls (PCBs)is progressively evident in the current environment. The detection of PCBs-series pollutants has become a focus of relavent researches.One of the promising methods is the detection using surface enhanced Raman scattering (SERS) of noble metal nanostructured substrates. However, it is still a grand challenge to improve the signal intensity, reproducibility and the incubation efficiency to achieve trace detection. This program is intended on realising the fast, trace SERS detection of PCBs. By the fabrication of periodical sub-10-nm Ag nanocavity arrays using template synthesis,densely arranged highly active "hot spots" were introduced into the SERS substrate. The variation trend of SERS factor with the variation of structure parameters is studied. Moreover, the enhanced incubation of the PCBs molecules is also explored by the selective surface modification of the substrate with Thiolated Cyclodextrin. This program is ultimately aimed on the fabrication of highly-effective,applicable and PCBs-targeted SERS substrate. The execution of this program will provide a scientific basis for improving the SERS activity of noble-metal nanoscale systems and set up the experimental foundation for the fast trace detection of PCBs-series pollutants.

多氯联苯（PCBs）对于环境所造成的危害正在日益显现，针对PCBs的快速痕量检测正推动着相关学科方向的发展。基于贵金属纳米结构基底的表面增强拉曼（SERS）效应是痕量检测的重要手段之一，但实现快速痕量检测还需要从其信号强度、可重复性以及针对PCBs分子的捕获能力等方面对基底进行改进。本项目拟采用SERS手段，针对这些关键科学问题，以阳极氧化铝（AAO）为模板构筑孔径在十纳米以下的银微腔结构阵列，并通过腔体直径的调控来增强其SERS活性，获得高活性、高密度且均匀分布的"热点"群，并以巯基环糊精为媒介分子对基底表面进行选位修饰来进一步提高基底对PCBs分子的吸附效率，最终得到高精度的、对一种或多种PCBs分子具有选择性响应的SERS基底，实现对PCBs的快速痕量检测。项目的实施将为贵金属纳米体系SERS 活性的进一步提高提供科学依据，并为PCBs快速痕量检测的实现奠定实验基础。

由于多氯联苯（PCBs）类持久性有机污染物造成的日益严重的环境危害，基于贵金属纳米结构基底表面增强拉曼散射（SERS）效应的痕量检测逐步成为环境科学与材料科学交叉领域研究的重要方向之一，但实现快速痕量检测还需要从其信号强度、可重复性以及针对PCBs分子的捕获能力等方面对SERS基底进行改进。本项目采用SERS作为检测手段，针对这些关键科学问题，以阳极氧化铝（AAO）为模板构筑孔径在十纳米以下的银纳米微腔结构阵列，通过腔体直径的调控来增强其SERS活性，获得高活性、高密度且均匀分布的"热点"群，并以巯基环糊精为媒介分子对基底表面进行选位修饰来进一步提高基底对PCBs分子的吸附效率，最终得到了高精度的、对PCBs分子具有选择性响应的SERS基底，实现了对PCBs类分子的快速痕量检测。经验证，对于毒性最大，最典型的PCBs分子3,3’,4,4’-多氯联苯（PCB77），该基底检测灵敏度下限达到了10-8 M（10ppb）的量级。该灵敏度远远低于国家各类标准所给出的PCBs类分子对生物体造成危害的最低浓度（基本为10-6 M量级）。该基底检测灵敏度高，制备材料成本低，制备工艺简单，工艺可重复性强，在SERS高精度快速痕量检测实际应用方面有巨大的潜在价值。该项目的实施为贵金属纳米体系SERS 活性的进一步提高提供了科学依据，并为PCBs快速痕量检测的实现奠定了实验基础。