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火焰纳米粒子沉积法用于生产SERS纳米传感器,可在数分钟内检测出表面的农药残留
来源:https://doi.org/10.1002/advs.202201133 | 作者:隽思半导体设备部 | 发布时间: 2022-06-14 | 164 次浏览 | 分享到:

近期,瑞典卡罗林斯卡学院(Karolinska Institute)的研究人员开发出一种表面增强拉曼光谱(SERS)纳米传感器,可在数分钟内检测出水果表面的农药残留。该技术利用由银(Ag)制成的火焰喷涂纳米粒子来提高化学物质的信号强度,其概念验证研究成果以论文形式发表在Advanced Science期刊上。虽然仍处于早期开发阶段,但是研究人员希望该纳米传感器可以帮助人们在食用水果前发现农药残留。

“相关研究报告显示,在欧盟地区销售的所有水果中,多达一半含有大量与人类健康问题有关的农药残留。”该研究论文的通讯作者、卡罗林斯卡医学院微生物学、肿瘤和细胞生物学系首席研究员Georgios Sotiriou说道:“然而,目前用于在单一产品食用前进行的农药检测技术在实践中受到极大的限制,因为涉及的传感器成本高昂、制造工艺繁琐。为了解决这个问题,我们开发了廉价且可重复使用的SERS纳米传感器,可用于检测水果农药残留。”

火焰喷涂技术

在这项研究工作中,科研人员通过使用火焰喷涂法(一种成熟且具有成本效益的金属涂层沉积技术)开发了一种SERS纳米传感器,将Ag纳米粒子的小液滴沉积到玻璃表面。具体方法:将含有Ag和Si前体的溶液送入毛细管,然后用纯氧将其雾化成小液滴,这些小液滴由引燃火焰点燃形成喷雾火焰,经过液滴蒸发和燃烧、颗粒成核、聚结和烧结生长、聚集和团聚的一系列过程,最终生成纳米粒子,并通过热泳将新形成的纳米粒子直接沉积在温控玻璃衬底上。在火焰纳米粒子合成过程中,可以通过调节前体浓度、液态前体进料速率和分散氧速率来控制粒径,而膜厚可以通过调节沉积时间以及火焰和基材的间距来调节。

a)一步法制备SERS传感薄膜的实验过程示意图;b)由Ag-SiO₂(5wt% SiO₂)纳米粒子薄膜制成的SERS衬底;c)Ag-SiO₂(5wt% SiO₂)纳米粒子;d)使用0.1m Ag前体溶液制备的Ag-SiO₂(5wt% SiO₂)纳米粒子的STEM和元素图谱。

“火焰喷涂法可用于快速生产大尺寸、均一化的SERS薄膜,消除了其规模化生产的关键障碍之一。”Sotiriou实验室的博士后研究员、该研究论文的第一作者李海鹏表示。