石墨烯構築的具有均勻亞納米級「熱點」的超靈敏SERS基底用於汞離子檢測

2021-02-15 MaterialsViews

重金屬對水、空氣、土壤以及食物的汙染引發了一系列人類健康問題，在重金屬當中汞離子（Hg2+）被認為是最常見的一種有毒汙染物。經證實，微生物可以直接從水或土壤中吸收Hg2+，並將Hg2+轉換為甲基汞，然後通過食物鏈和飲用水在人體富集，從而導致腦損傷，腎功能衰竭，DNA損傷以及免疫系統穩態的破壞。Hg2+造成的環境汙染已成為一個全球性的問題。因此，開發出一種高效靈敏的檢測Hg2+的方法顯得十分重要。與傳統的檢測Hg2+的方法如原子螢光檢測法、比色法相比，表面增強拉曼散射(SERS)因為其高靈敏性，螢光猝滅性，非入侵性，高解析度，以及對化學結構的指紋識別等優點，已受到多個行業的普遍認可。所以,獲得高選擇性和靈敏性的SERS基底用於Hg2+的檢測受到人們的廣泛關注。

最近，武漢大學肖湘衡教授、鄧紅兵教授和汪付兵教授一起通過石墨烯嵌入層精確控制頂層金顆粒和底層金三角陣列之間的距離，從而獲得具有大面積均勻亞納米級「熱點」的三明治結構SERS基底，用於對Hg2+汙染的水和沙土的微量檢測。由於Hg2+可以被胸腺嘧啶（Thymine）選擇性地綁定並形成穩定的Thymine - Hg2+- Thymine鍵，從而通過Thymine - Hg2+- Thymine鍵可以把Raman探針分子標記的DNA2和巰基修飾的DNA1連接在一起，並通過巰基與SERS基底成SH-Au鍵，最終檢測到DNA2上面的Raman探針分子的信號而判斷是否含有Hg2+。通過對被Hg2+汙染的水和沙土進行檢測，當水（沙土）中的Hg2+離子濃度低至10-9 M（10-7 M）時，仍然能夠清晰的分辨出探針分子的信號，證實了該基底對 Hg2+的檢測表現出優越的性能。為測試該基底對Hg2+的選擇性檢測，還對Co2+, Cu2+, Zn2+, K+, Na+ 和 Fe3+進行了檢測，可以發現上述的金屬離子即使濃度很高也沒有明顯的拉曼信號，證實了該基底對Hg2+的檢測不受其他金屬離子的幹擾。

該研究工作為SERS基底在檢測重金屬離子和環境汙染物問題等方面提供了一種重要的思路和方法。

相關工作以封面文章的形式發表在Small (DOI: 10.1002/smll.201603347)上。

遠程表面增強拉曼光譜（SERS）技術進展

雁過留影——基於SERS原位監控催化反應的熱電子歸趨追蹤方法

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