[发明专利]一种基于Tollens反应的纤维素基SERS基底及其制备方法

说明书

本发明开发了一种基于Tollens反应的纤维素基SERS基底及其制备方法。该方法利用醛基纤维素中的醛基与Tollens试剂发生氧化还原反应，在醛基纤维素上原位还原出银纳米粒子。通过控制醛基纤维素合成条件、银氨溶液的浓度、氧化还原反应进行时的温度和时间，达到控制银纳米粒子大小和数量，银纳米颗粒之间形成所谓的“热点”，得出拉曼增强效果最强的基底。本发明的优点在于：利用醛基纤维素的醛基和银氨溶液反应所制备的银纳米粒子不易从纤维素上脱落，使纤维素更好地发挥稳定剂和纳米粒子结合位点的作用，纳米粒子分布更加均匀牢固，从而提高检测灵敏性和重现性，且制备成本低，符合绿色环保理念。

技术领域

本发明属于检测的技术领域，具体涉及一种基于Tollens反应的纤维素基SERS基底的制备方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱技术(SERS)是一种基于目标分子的结构和独特振动信息来识别目标分子的光谱分析技术。这种分析技术是用金、银等金属纳米粒子的粗糙表面吸附待测分子，从而使其信号增强10^6-14，甚至可以实现单分子检测。因表面增强拉曼光谱技术具有灵敏度高、特异性强、水背景弱、样品处理便捷等优点，被广泛应用于食品、环境、生物等领域样品的检测中。

拉曼的表面增强效果是通过基底来实现的，一般基底有以下几种类型：溶胶基底、固相基底、柔性基底和针尖SERS。其中，溶胶型基底因其制备简便、容易与被测物结合等优点，被广泛应用。但是传统的溶胶型基底，由于金属纳米粒子以溶胶的形式存在，容易出现团聚的现象，影响拉曼信号的稳定性和重现性。此时就需要添加一些能够对抗金属纳米粒子团聚，起到金属纳米粒子稳定剂作用的物质。

纳米纤维素是一种由纳米结构的纤维素组成的新型纳米材料，具有比表面积大、长宽比高、刚度高、光学透明性好等独特性能，在材料科学、生物医学、农业、食品包装等领域的潜在应用而备受关注。纳米纤维素的高比表面积促进了纳米粒子的高负载，许多科学家对比纳米纤维素与传统纤维素的优势，慢慢将纳米纤维素运用在了拉曼柔性基底的研究制备中。纳米纤维素也和纤维素一样，具有羟基，可以进行各种反应引入醛基、酯基等官能团，实现纳米纤维素的功能化。而纤维素的过碘酸盐氧化是一种众所周知的反应，它选择性地裂解葡萄糖单元的C₂-C₃键，生成两个醛基。这两个醛基的存在，可以实现更多的可能性。

传统的纳米纤维素基SERS基底，多数是在纳米纤维素存在的情况下向金属前驱体中添加常规还原剂，如NaBH₄、抗坏血酸或柠檬酸钠等。然而，这种方法操作便捷却不是选择性的，大多数金属纳米粒子仍是在溶液中形成，只有一小部分在纳米纤维素表面生成，且容易脱落，还是无法利用纳米纤维素的优势起到稳定金属纳米粒子的作用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于Tollens试剂与双醛纳米纤维素反应生成银纳米粒子的SERS基底制备方法。本方法依赖双醛纳米纤维素中的醛基与Tollens试剂发生氧化还原反应，无需加入额外的还原剂，通过在纳米纤维素的醛基位点上还原生成银纳米粒子，从而实现等离子体共振形成SERS活性热点。醛基纳米纤维素不仅起到还原剂的作用，还有银纳米粒子稳定剂的作用。银纳米粒子的成核和生长将选择性地发生在纳米纤维素的表面。确保了纳米纤维素表面银纳米颗粒的有效锚定，避免了溶液中游离银纳米颗粒的形成，并允许更好地控制银纳米颗粒的大小，提高了拉曼信号的准确性和重现性。该发明中所探讨出基底的最佳制备条件为：高碘酸钠用量为0.4g，tollens试剂浓度为40％。R6G的检测范围为0.5-10^-9mM。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

1、双醛基纳米纤维素的制备