[发明专利]一种SERS基底复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料技术领域，特指一种SERS基底复合材料及其制备方法，采用氧化石墨烯（GO）为模板，硝酸银为前驱体，氨水为pH调节剂，抗坏血酸为还原剂，制备得到可用于细菌检测的Ag/rGO SERS基底。

背景技术

SERS技术是一种十分实用的探测技术，能够通过物质内特殊基团的特征振动峰准确而又灵敏地对物质进行鉴定，并且这样一种测试是无损测试；目前研究人员已经利用SERS技术成功对单分子、蛋白质、DNA以及小分子毒素和细菌等进行了探测，其中对细菌的探测一直是人们研究的重点，因为这有望应用于食品安全的检测中；在长期的SERS研究中，研究人员发现贵金属（Ag、Au、Cu）以及过渡金属（Pt，Pd，Ru，Rh，Fe，Co，Ni等）都具有较好的SERS效应，其中Ag表现出了极强的SERS效应，成为SERS基底研究的热门；但是不同的氧化还原过程会使同一种金属基底具有多种晶体构型，这使得金属基底和检测分子之间会存在多种化学相互作用，这样形成的多种吸附键和诱导键的振动、金属与分子见电荷转移以及金属边缘效应都会对SERS检测造成干扰，使得SERS光谱往往混有金属基底背底，不能作为一种准确的一级结构的分析依据。

石墨烯，具有大比较面积、较大的杨氏模量、极高的载流子迁移率等特点，是一种优良的纳米粒子的载体，得到的复合材料能与细菌紧密接触，提高SERS检测的灵敏度，已有一些研究成功地将Ag纳米颗粒与部分被还原的GO（rGO）复合获得Ag/rGO复合材料，并成功地对单分子（罗丹明6G，结晶紫，叶酸）进行了SERS探测，但关于Ag/rGO对于细菌的探测还鲜有报道；此外，SERS基底的生物活性也一直是研究人员关注的重点，这切实关系到利用SERS基底进行生物探测在食品安全检测中应用的安全性。

本发明采用GO为模板，硝酸银为前驱体，氨水为pH调节剂，抗坏血酸为还原剂，冰水浴下制备Ag/rGO复合材料，获得了纳米银颗粒粒径为40-200nm的Ag/rGO复合材料；该复合材料具有良好的SERS性能，能够成功对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行探测，并且由于rGO本身是生物相容性材料，复合材料具有良好生物相容性。

发明内容

本发明的目的在于采用GO为模板，硝酸银为前驱体，抗坏血酸为还原剂，氨水为pH调节剂，冰水浴下制备具有生物相容性的Ag/rGO复合材料，所获得的Ag/rGO中纳米银颗粒尺寸为40~200nm，具有良好的SERS性能，并且能够成功探测大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等细菌。

一种制备Ag/rGO新型SERS基底复合材料的方法，所用原料为：氧化石墨烯（自制）、AgNO₃（分析纯）、抗坏血酸（分析纯）、NH₃·H₂O（10%）、去离子水。

制备工艺为：

（1）将硝酸银水溶液和GO悬浮液混合，室温下磁力搅拌均匀，获得Ag⁺/GO悬浮液；然后调节Ag⁺/GO悬浮液的pH值为9~10.5，再搅拌均匀。

（2）将抗坏血酸水溶液加入Ag⁺/GO悬浮液中，再加入调节体系pH值到9~10.5，磁力搅拌反应后获得Ag/rGO悬浮液。

（3）将获得的Ag/rGO悬浮液离心水洗、冷冻干燥后获得Ag/rGO复合物。

进一步的，硝酸银与GO的质量比为1~4:1；优选为3:1。

进一步的，GO悬浮液的浓度为0.1 mg/mL，硝酸银水溶液的浓度范围1~4 mg/mL，优选值为3mg/mL，硝酸银水溶液与GO悬浮液的体积比为1:10。

进一步的，步骤（1）和（2）中采用NH₃·H₂O调节体系的pH值；NH₃·H₂O中的N可以和Ag形成Ag-N键，有助于反应的进一步进行，并且在碱性条件下，抗坏血酸的还原性会进一步提高。

进一步的，磁力搅拌的反应温度为冰水浴、室温和70℃，优选冰水浴；磁力搅拌反应的时间为150 min；不同温度下，反应成核的速度和核生长速率都是不同的，需要尝试不同温度，以确定最佳温度范围。

进一步的，抗坏血酸水溶液的浓度为4 mg/mL，抗坏血酸水溶液与GO水溶液的体积比为1:5。