一種sers基底復合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種SERS基底復合材料及其制備方法，采用氧化石墨烯(GO)為模板，硝酸銀為前驅(qū)體，氨水為pH調(diào)節(jié)劑，抗壞血酸為還原劑，制備得到可用于細菌檢測的Ag/rGO SERS基底。
【背景技術(shù)】
[0002]SERS技術(shù)是一種十分實用的探測技術(shù)，能夠通過物質(zhì)內(nèi)特殊基團的特征振動峰準確而又靈敏地對物質(zhì)進行鑒定，并且這樣一種測試是無損測試；目前研宄人員已經(jīng)利用SERS技術(shù)成功對單分子、蛋白質(zhì)、DNA以及小分子毒素和細菌等進行了探測，其中對細菌的探測一直是人們研宄的重點，因為這有望應用于食品安全的檢測中；在長期的SERS研宄中，研宄人員發(fā)現(xiàn)貴金屬(Ag、Au、Cu)以及過渡金屬(Pt，Pd，Ru，Rh，F(xiàn)e，Co，Ni等)都具有較好的SERS效應，其中Ag表現(xiàn)出了極強的SERS效應，成為SERS基底研宄的熱門；但是不同的氧化還原過程會使同一種金屬基底具有多種晶體構(gòu)型，這使得金屬基底和檢測分子之間會存在多種化學相互作用，這樣形成的多種吸附鍵和誘導鍵的振動、金屬與分子見電荷轉(zhuǎn)移以及金屬邊緣效應都會對SERS檢測造成干擾，使得SERS光譜往往混有金屬基底背底，不能作為一種準確的一級結(jié)構(gòu)的分析依據(jù)。
[0003]石墨烯，具有大比較面積、較大的楊氏模量、極高的載流子迀移率等特點，是一種優(yōu)良的納米粒子的載體，得到的復合材料能與細菌緊密接觸，提高SERS檢測的靈敏度，已有一些研宄成功地將Ag納米顆粒與部分被還原的GO (rGO)復合獲得Ag/rGO復合材料，并成功地對單分子(羅丹明6G，結(jié)晶紫，葉酸)進行了 SERS探測，但關(guān)于Ag/rGO對于細菌的探測還鮮有報道；此外，SERS基底的生物活性也一直是研宄人員關(guān)注的重點，這切實關(guān)系到利用SERS基底進行生物探測在食品安全檢測中應用的安全性。
[0004]本發(fā)明采用GO為模板，硝酸銀為前驅(qū)體，氨水為pH調(diào)節(jié)劑，抗壞血酸為還原劑，冰水浴下制備Ag/rGO復合材料，獲得了納米銀顆粒粒徑為40-200nm的Ag/rGO復合材料；該復合材料具有良好的SERS性能，能夠成功對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行探測，并且由于rGO本身是生物相容性材料，復合材料具有良好生物相容性。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于采用GO為模板，硝酸銀為前驅(qū)體，抗壞血酸為還原劑，氨水為PH調(diào)節(jié)劑，冰水浴下制備具有生物相容性的Ag/rGO復合材料，所獲得的Ag/rGO中納米銀顆粒尺寸為40~200nm，具有良好的SERS性能，并且能夠成功探測大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等細菌。
[0007]—種制備Ag/rGO新型SERS基底復合材料的方法，所用原料為:氧化石墨稀(自制)、AgNO3 (分析純)、抗壞血酸(分析純)、NH3.H2O (10%)、去離子水。
[0008]制備工藝為: (I)將硝酸銀水溶液和GO懸浮液混合，室溫下磁力攪拌均勾，獲得Ag+/G0懸浮液；然后調(diào)節(jié)Ag+/G0懸浮液的pH值為9~10.5，再攪拌均勾。
[0009](2)將抗壞血酸水溶液加入Ag+/G0懸浮液中，再加入調(diào)節(jié)體系pH值到9~10.5，磁力攪拌反應后獲得Ag/rGO懸浮液。
[0010](3)將獲得的Ag/rGO懸浮液離心水洗、冷凍干燥后獲得Ag/rGO復合物。
[0011]進一步的，硝酸銀與GO的質(zhì)量比為1~4:1 ;優(yōu)選為3:1。
[0012]進一步的，GO懸浮液的濃度為0.1 mg/mL，硝酸銀水溶液的濃度范圍1~4 mg/mL，優(yōu)選值為3mg/mL，硝酸銀水溶液與GO懸浮液的體積比為1:10。
[0013]進一步的，步驟(I)和(2 )中采用NH3.H2O調(diào)節(jié)體系的pH值；NH3.H2O中的N可以和Ag形成Ag-N鍵，有助于反應的進一步進行，并且在堿性條件下，抗壞血酸的還原性會進一步提尚。
[0014]進一步的，磁力攪拌的反應溫度為冰水浴、室溫和70°C，優(yōu)選冰水??；磁力攪拌反應的時間為150 min ;不同溫度下，反應成核的速度和核生長速率都是不同的，需要嘗試不同溫度，以確定最佳溫度范圍。
[0015]進一步的，抗壞血酸水溶液的濃度為4 mg/mL,抗壞血酸水溶液與GO水溶液的體積比為1:5。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于利用原位還原法，以GO為模板，硝酸銀為原料，具有生物活性的抗壞血酸為還原劑，直接制備得到了 Ag/rGO復合材料；這種復合材料以rGO為基體，能夠有效地吸附在細菌表面，提高復合材料對細菌的探測能力，能夠探測大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等細菌；同時，這種復合材料又具有良好的生物相容性，能夠安全的使用。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例1的Ag/rGO與GO的XRD對比圖片。
[0018]圖2為實施例2的不同pH值條件下獲得的Ag/rGO的SEM圖片；a、b、c分別是pH值為9、10和10.5條件下制備的Ag/rGO復合材料的SEM圖。
[0019]圖3為實施例3的不同溫度處理條件下獲得的Ag/ rGO的SEM圖片；a、b、c分別是溫度為冰水浴、室溫和70°C條件下制備的Ag/rGO復合材料的SEM圖。
[0020]圖4為實施例4的不同硝酸銀用量獲得的Ag/rGO的TEM圖片；a、b、c、d分別為AgN03:G0 值為 1:1、2:1,3:1 和 4:1 獲得的 Ag/rGO 的 TEM 圖片。
[0021]圖5為實施例5的復合材料對大腸桿菌的SERS圖片。
[0022]圖6為實施例6的復合材料對金黃色葡萄球菌的SERS圖片。
[0023]圖7為實施例7的復合材料的MTT測試結(jié)果統(tǒng)計圖。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
將GO配置成濃度為0.1 mg/mL懸浮液并超聲至均勾分散；將10 mL，3 mg/mL的硝酸銀水溶液和100 mL GO水溶液混合，室溫下磁力攪拌30 min,獲得Ag+/G0懸浮液；然后滴加NH3.H2O (10%)調(diào)節(jié)pH到10，再攪拌10 min ;將20 mL抗壞血酸水溶液(4 mg/mL)加入AgVGO懸浮液中，再加入滴加NH3.H2O (10%)調(diào)節(jié)pH到10，磁力攪拌150 min后獲得Ag/rGO懸浮液；將獲得的Ag/rGO懸浮液離心水洗3次，冷凍干燥后獲得Ag/rGO復合材料。
[0025]圖1 (a)為實施例1中獲得的Ag/rGO復合材料的XRD圖譜。
[0026]圖1(a)中，可以明顯的觀察到4個衍射峰，2 Θ =38.2° ,44.4° ,64.7°和77.7°，分別對應面心立方銀晶體(JCPDS card N0.04-0783)的(111)、(200)、(220)和(311)晶面。
[0027]圖1 (b)為 GO 的 XRD 圖譜。
[0028]比較a、b兩圖，可以發(fā)現(xiàn)在10.5°處的C (002)重新迀移回26.7°，這是由于在反應過程中GO表面部分含氧官能團被移除，石墨烯片層減小，說明反應過程中，抗壞血酸將GO部分還原成了 rGO ；XRD結(jié)果進一步表明我們成功制備了 Ag NPstGO粉體。
[0029]實施例2
實施例2主要考察了制備過程中不同pH值對Ag/rGO復合材料結(jié)構(gòu)形貌的影響。
[0030]將GO配置成濃度為0.1 mg/mL懸浮液并超聲至均勾分散；將10 mL, lmg/mL的硝酸銀水溶液和100 mL GO水溶液混合，室溫下磁力攪拌30 min，獲得Ag+/G0懸浮液；然后分別滴加NH3.H2O (10%)調(diào)節(jié)pH為9、10和10.5，再攪拌10 min ;將20mL抗壞血酸水溶液(4 mg/mL)加入Ag+/G0懸浮液中，再分別加入滴加NH3.H2O (10%)再次調(diào)節(jié)pH為9、10和
10.5，磁力攪拌150 min后獲得Ag/rGO懸浮液；將獲得的Ag/rGO懸浮液離心水洗3次，冷凍干燥后獲得Ag/rGO復合材料。
[0031]圖2 (a-c)分別是pH值為9、10和10.5條件下制備的Ag/rGO復合材料的SEM圖；從圖中可以看出，隨著PH值的增加，rGO表面上吸附的Ag納米顆粒也會增加，但是隨著pH值增加超過10之后，Ag納米顆粒開始出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象。SHM結(jié)果表明制備過程中pH值10為最佳的。
[0032]實施例3
實施例3主要考察了制備過程中不同溫度對Ag/rGO復合材料結(jié)構(gòu)形貌的影響。
[0033]將GO配置成濃度為0.1 mg/mL懸浮液并超聲至均勾分散；將10 mL, lmg/mL的硝酸銀水溶液和100 mL GO水溶液混合，室溫下磁力攪拌30 min，獲得Ag+/G0懸浮液；然后滴加NH3.Η20 (10%)調(diào)節(jié)pH到10，再攪拌1min ;分別在冰水浴、室溫和70°C條件下，將20mL抗壞血酸水溶液(4 mg/mL)加入Ag+/G0懸浮液中，再加入滴加NH3.H2O (10%)調(diào)節(jié)pH到10，磁力攪拌150 min后獲得Ag/rGO懸浮液；將獲得的Ag/rGO懸浮液離心水洗3次，冷凍干燥后獲得Ag/rGO復合材料。
[0034]圖3(a_c)分別是溫度為冰水浴、室溫和70°C條件下制備的Ag/rGO復合材料的SEM圖；從圖中可以看出，隨著溫度濃度的上升，rGO表面的Ag納米顆粒開始出現(xiàn)不同程度的團聚現(xiàn)象，并且在70°C時出現(xiàn)了明顯的顆粒長大，SEM結(jié)果表明制備過程中使用冰水浴是最佳的。
[0035]實施例4
實施例4