CZ2013422A3 - Substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii a způsob jeho přípravy - Google Patents
Substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii a způsob jeho přípravy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013422A3 CZ2013422A3 CZ2013-422A CZ2013422A CZ2013422A3 CZ 2013422 A3 CZ2013422 A3 CZ 2013422A3 CZ 2013422 A CZ2013422 A CZ 2013422A CZ 2013422 A3 CZ2013422 A3 CZ 2013422A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- substrate
- capillary
- glass capillary
- metal layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Předkládané řešení popisuje substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii, který obsahuje uhlíkové vlákno (A), napojené na elektricky vodivý drátek (F) pomocí elektricky vodivého lepidla (C), vložené do skleněné kapiláry (D), tak aby alespoň část uhlíkového vlákna (A) vyčnívala z ústí kapiláry (D), přičemž prostor mezi uhlíkovým vláknem (A) a skleněnou kapilárou (D) je utěsněný epoxidovou pryskyřicí (E), přičemž uhlíkové vlákno (A) je opatřeno nanostrukturovanou kovovou vrstvou. Způsob přípravy zahrnuje upevnění uhlíkového vlákna (A) do kapiláry (D) a následnou depozici nanostrukturované kovové vrstvy při užití kovové protielektrody v prostředí destilované, demineralizované či deioniziované vody vlivem průchodu elektrického proudu soustavou.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká nového substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii (SERS).
Dosavadní stav techniky
Doposud používanými SERS-aktivními povrchy jsou kovové (stříbrné či zlaté) koloidy, připravované nej častěji chemickou redukcí dusičnanu stříbrného borohydridem nebo citrátem sodným [S. Wojtysiak, A. Kudelski, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 410 (2012) 45-51], Další metodou přípravy SERS-aktivních koloidů je příprava pomocí laserové ablace kovových plíšků pomocí laseru [T. Tsuji et al., Joumal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 145 (2001) 201-207]. Nevýhodou obou těchto typů koloidů je nestabilita jejich povrchových vlastností (morfologie a velikost částic, povrchový potenciál, případně typ a koncentrace reziduálních iontů u první metodou připravených koloidů atd.), což vede k nízké stabilitě systémů a nereprodukovatelnosti získaných výsledků.
Dalšími typy substrátů pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii jsou pevné povrchy, např. kovové plíšky či skleněné podložky pokryté napařenými či chemickými postupy připravenými zlatými či stříbrnými nanočásticemi. Nevýhodou těchto substrátů je jejich křehkost, relativně značná velikost a také vysoká časová a finanční náročnost jejich přípravy. V případě přípravy substrátů chemickými postupy dochází často k jejich kontaminaci složkami depozičních lázní, které poskytují nežádoucí odezvu při měření SERS spekter, což přináší nutnost odstranění těchto kontaminací. Příkladem těchto problémů je příprava SERS substrátu na bázi zlata [K. Zaruba, P. Matějka, R. Volf, K. Volka, V. Král, and J. L. Sessler, Langmuir, 18, 6896 (2002)], připravená redukcí roztoku K[Au(CN)2] obsahující citrát jako strukturní modifikátor, který vyžaduje pětidenní promývání destilovanou vodou nebo devítihodinový var v roztoku peroxodisíranu sodného, aby byly odstraněny adsorbované kyanidové ionty rušící SERS experiment.
Je rovněž známo použití uhlíkových nanotrubic s kovovými nanočásticemi na povrchu (CN 102749317, CN 102530828, TW 201200464, US 2012/062880, US 2011/0063613). Tyto substráty však jsou výrobně i finančně značně náročné, a kovové nanočástice jsou nanášeny i 4 « » · ·? 4 4 · » na povrch uhlíkových nanotrubic z roztoků obsahujících směs kovových iontů, což zvyšuje riziko znečištění vrstvy a dále komplikuje přípravu těchto substrátů.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody dosavadních substrátů pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii odstraňuje mikrovláknový substrát, který obsahuje uhlíkové vlákno, napojené na elektricky vodivý, s výhodou měděný, drátek pomocí elektricky vodivého, s výhodou epoxidového, lepidla, vložené do skleněné kapiláry, takfaby alespoň část uhlíkového vlákna vyčnívala z ústí kapiláry. Prostor mezi uhlíkovým vláknem a skleněnou kapilárou je utěsněný, s výhodou epoxidovou pryskyřicí. Takto ukotvené mikrovlákno je opatřeno nanostrukturovanou kovovou vrstvou umožňující SERS efekt. Kov je s výhodou vybrán ze skupiny zahrnující zlato, stříbro a měď.
Předmětem vynálezu je i způsob přípravy mikrovláknového substrátu, jehož podstata spočívá v tom, že se uhlíkové vlákno pomocí elektricky vodivého, s výhodou epoxidového, lepidla spojí s elektricky vodivým, s výhodou měděným, drátkem, následně se uhlíkové vlákno upevní do skleněné kapiláry, s výhodou s pomocí epoxidové pryskyřice, tak, aby alespoň část uhlíkového vlákna vyčnívala z ústí kapiláry. Na takto ukotvené mikrovlákno se poté nadeponuje nanostrukturovaná kovová vrstva umožňující SERS efekt tak, že uhlíkové vlákno se ponoří do nádoby s deionizovanou, demineralizovanou či destilovanou vodou bez přídavku dalšího elektrolytu či látky zvyšující vodivost, v níž je ponořena kovová protielektroda, načež se mezi uhlíkové vlákno a kovovou protielektrodu vloží napětí. Kovem je s výhodou zlato, stříbro nebo měď. Vložením napětí mezi vlákno a protielektrodu dojde k požadovanému nadeponování nanostrukturované kovové vrstvy umožňující SERS efekt. Protože pro přípravu SERS aktivní vrstvy je použita pouze deionizovaná, demineralizovaná či destilovaná voda a čistý kov, je zaručena vysoká čistota výsledné nanostrukturované kovové vrstvy, bez možnosti kontaminace složkami depoziční lázně.
Uhlíkové vlákno v předkládaném vynálezu má s výhodou průměr v rozmezí 1 až 100 mikrometrů.
- » » 1 4 í í • ♦ · ♦ · i t S .i 3
Kovové protielektrody mohou být ze zlata, stříbra nebo mědi, a mohou být tvořeny například zlatým, stříbrným nebo měděným drátkem, destičkou, diskem, tyčinkou, plíškem, síťkou, kovovou vrstvou napařenou na nevodivý substrát, ingotem či mít jiný vhodný tvar.
K zajištění účinného nadeponování nanostrukturované kovové vrstvy umožňující SERS efekt je zejména výhodné použít deionizovanou, demineralizovanou či destilovanou vodu o R > 15 MQ.cm.
K zajištění účinného nadeponování nanostrukturované kovové vrstvy umožňující SERS efekt je vhodné použít nádobu (např. kádinku) z inertního nevodivého materiálu, s výhodou ze skla, zejména křemenného, sodnodraselného, borosilikátového skla, či z plastu, například z teflonu, PEEKu či jiného polymeru, keramiky, z čistého oxidu křemičitého.
S výhodou je vzdálenost mezi uhlíkovým vláknem a kovovou protielektrodou během depozice nanostrukturované kovové vrstvy udržována do 20 cm.
Díky miniaturním rozměrům substrátu navržené řešení umožňuje analýzy při využití minimálního množství studované látky (jednotky mikrolitrů i méně), což je velice žádoucí nejen při průmyslových analýzách, ale i v klinické praxi.
Vynález je dále objasněn s pomocí příkladů, které však rozsah ochrany nijak neomezují.
obňiLtu. na
Přehled fryobrazeníf
Obr. 1 ukazuje schematicky substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii.
Obr. 2 ukazuje schematicky uspořádání pro výrobu substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii.
Obr. 3 ukazuje SEM snímek substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii (SERS) na bázi zlatém modifikovaného uhlíkového mikrovlákna.
Obr. 4 ukazuje Ramanova spektra rhodaminu 6G získaná na substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii (b) cr6g=0,1 μΜ, (c) cr6g=1 μΜ, (d) cr6g=10 μΜ. (a) Rhodamin 6G o koncentraci cr6g=0,1 μΜ byl nanesen na neupravený substrát (slepý experiment) - příklad 2.
> 1 ♦ ϊ ί χ ·· ' ι ί t i ti * * * í » » * t *
- f t < < . i » ·í « ·
Obr. 5 ukazuje Ramanova spektra rhodaminu 6G (cr6g=10 μΜ) získaná na substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii na bázi stříbrem, zlatém a mědí modifikovaného uhlíkového mikrovlákna. Srovnání s Ramanovým spektrem rhodaminu 6G o koncentraci Cr6g=10 μΜ na neupraveném substrátu (slepý experiment - označen jako „Blank“) - příklad 2.
y
Příklad provedení vynálezu
Příklad 1: Příprava substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii
Obr. 1 ukazuje substrát podle předkládaného vynálezu. Uhlíkové vlákno A o průměru 7 pm se přilepí k měděnému drátku F pomocí elektricky vodivého epoxidového lepidla C. Spoj uhlíkového vlákna A a drátku F se vytvrdí v sušárně při 130 °C po dobu 15 minut. Poté je vlákno A s přívodem vloženo do skleněné kapiláry D, tak aby uhlíkové vlákno A vyčnívalo přibližně 10 mm z ústí kapiláry D. Vyplnění prostoru mezi uhlíkovým vláknem A a skleněnou kapilárou D je zajištěno epoxidovou pryskyřicí B; spoj se nechá 24 hodin vytvrdit za pokojové teploty, následně se zalepí druhý konec E kapiláry D, čímž dojde k dokonalému utěsnění kapiláry D.
Obr. 2 ukazuje zařízení pro nanesení nanostrukturované kovové vrstvy. Na připravené tělo H substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii probíhá samotná depozice nanostrukturované kovové vrstvy na uhlíkové mikrovlákno A, a to ve dvouelektrodové cele složené z 25 ml křemenné kádinky O obsahující tělo substrátu H s mikrouhlíkovým vláknem A coby katodu, která je připojena k laboratornímu zdroji M na záporný pól N, a kovový drát průměru 1 mm I jako anodu, která je připojena k laboratornímu zdroji M na kladný pól L. Elektrolytem je 20 ml deionizované vody J (R> 15 MQ.cm). Kovová anoda I je umístěna ve vzdálenosti 10 mm od těla H substrátu s mikrouhlíkovým vláknem A v plastovém držáku G. Kovová anoda I a tělo H substrátu s mikrouhlíkovým vláknem A jsou pomocí izolovaných měděných vodičů K připojeny ke zdroji stejnosměrného napětí - laboratornímu zdroji M o napětí 30 V;a to po dobu 5 minut. Po ukončení depozice je substrát H s mikrouhlíkovým vláknem A omyt vodou a usušen na vzduchu.
< t ' · - 1 t. ’ * « t f r ‘ . l β 4 i « « · » t * ? « «
Příklad 2: Měření SERS
Použití uhlíkového mikrovlákna modifikovaného různými kovy, připraveného postupem podle příkladu 1, jako substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii bylo testováno ve spojení s Ramanovou spektroskopií pro stanovení barviva rhodaminu 6 G.
Na substrát pro SERS bylo nakápnuto 5 μΐ ethanolického roztoku rhodaminu 6 G o koncentracích 0,1; 1; 10 μΜ. Po zaschnutí bylo provedeno měření na Ramanově spektrofotometru Renishaw s využitím argonového laseru (λ - 514,5 nm). Měření bylo porovnáno se stanovením rhodaminu 6 G na neupraveném substrátu - slepý experiment.
Obr. 4 ukazuje měření při různých koncentracích rhodaminu 6G: (b) cr6g=0,1 μΜ, (c) CR6G-1 μΜ, (d) cr6g=10 μΜ, ve srovnání se slepým experimentem (a), kdy byl rhodamin 6G o koncentraci cr6g=0,1 μΜ nanesen na neupravený substrát.
Obr. 5 ukazuje Ramanova spektra rhodaminu 6G (cr6g=10 μΜ) získaná na substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii na bázi stříbrem, zlatém a mědí modifikovaného uhlíkového mikrovlákna, a srovnání s Ramanovým spektrem rhodaminu 6G o koncentraci cr6g=10 μΜ na neupraveném substrátu (slepý experiment - označen jako „Blank“).
Tyto experimenty potvrzují funkčnost a dobré vlastnosti námi předkládaného mikrovláknového substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Substrát pro Ramanovu spektroskopii, vyznačený tím, že obsahuje uhlíkové vlákno (A), napojené na elektricky vodivý drátek (F) pomocí elektricky vodivého lepidla (C), vložené do skleněné kapiláry (D), tak aby alespoň část uhlíkového vlákna (A) vyčnívala z ústí kapiláry (D), přičemž prostor mezi uhlíkovým vláknem (A) a skleněnou kapilárou (D) je utěsněn, přičemž uhlíkové vlákno (A) je opatřeno nanostrukturovanou kovovou vrstvou.
- 2. Substrát podle nároku 1, vyznačený tím, že nanostrukturovaná kovová vrstva je z kovu ze skupiny zahrnující zlato, stříbro a měď.
- 3. Způsob přípravy substrátu podle nároku 1, vyznačený tím, že se uhlíkové vlákno (A) pomocí elektricky vodivého lepidla (C) spojí s elektricky vodivým drátkem (F), následně se uhlíkové vlákno (A) upevní do skleněné kapiláry (D) tak, aby alespoň část uhlíkového vlákna (A) vyčnívala z ústí kapiláry (D), následně se prostor mezi uhlíkovým vláknem (A) a skleněnou kapilárou (D) utěsní a prostor mezi vodivým drátkem (F) a skleněnou kapilárou (D) se také utěsní a poté se na takto ukotvené uhlíkové vlákno (A) nadeponuje nanostrukturovaná kovová vrstva umožňující SERS efekt tak, že ze skleněné kapiláry (D) vyčnívající část uhlíkového vlákna (A) se ponoří do nádoby (O) s deionizovanou, demineralizovanou či destilovanou vodou (J) bez přídavku dalšího elektrolytu či látky zvyšující vodivost, v níž je ponořena kovová protielektroda (I), načež se mezi uhlíkové vlákno (A) a kovovou protielektrodu (I) vloží napětí.
- 4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že kovová protielektroda (I) je ze zlata, stříbra či mědi.
- 5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 3 až 4, vyznačený tím, že vzdálenost mezi uhlíkovým vláknem (A) a kovovou protielektrodou (I) během depozice nanostrukturované kovové vrstvy je udržována v rozmezí 0 až 20 cm.
- 6. Použití substrátu podle nároků 1 nebo 2 jako substrátu pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-422A CZ304500B6 (cs) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | Substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii a způsob jeho přípravy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-422A CZ304500B6 (cs) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | Substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii a způsob jeho přípravy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013422A3 true CZ2013422A3 (cs) | 2014-05-28 |
| CZ304500B6 CZ304500B6 (cs) | 2014-05-28 |
Family
ID=50771741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-422A CZ304500B6 (cs) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | Substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii a způsob jeho přípravy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304500B6 (cs) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002037614A (ja) * | 2000-07-24 | 2002-02-06 | Kagawa Industry Support Foundation | フィラメント状カーボン及びその水熱合成 |
| US8865402B2 (en) * | 2009-08-26 | 2014-10-21 | Clemson University Research Foundation | Nanostructured substrates for surface enhanced raman spectroscopy (SERS) and detection of biological and chemical analytes by electrical double layer (EDL) capacitance |
| US8236626B2 (en) * | 2010-04-15 | 2012-08-07 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes |
| CN102530828A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-04 | 重庆大学 | 基于碳纳米管阵列和金属纳米颗粒的表面增强拉曼散射活性基底 |
| CN102749317B (zh) * | 2012-06-18 | 2014-08-06 | 东南大学 | 一种基于碳纳米管的表面增强拉曼散射探针的制备方法 |
-
2013
- 2013-06-05 CZ CZ2013-422A patent/CZ304500B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304500B6 (cs) | 2014-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Differential pulse voltammetry detection of dopamine and ascorbic acid by permselective silica mesochannels vertically attached to the electrode surface | |
| AU581701B2 (en) | Apparatus for use in electrical, e.g. electrochemical, measurement procedures, and its production and use, and composite assemblies incorporating the apparatus | |
| Zhang et al. | Seed mediated growth of gold nanoparticles on indium tin oxide electrodes: Electrochemical characterization and evaluation | |
| Mirmoghtadaie et al. | Highly selective, sensitive and fast determination of folic acid in food samples using new electrodeposited gold nanoparticles by differential pulse voltammetry | |
| US11307163B2 (en) | Carbon nanotube based reference electrodes and all-carbon electrode assemblies for sensing and electrochemical characterization | |
| Moshirian-Farahi et al. | Nano-molar level determination of isoprenaline in pharmaceutical and clinical samples; A nanostructure electroanalytical strategy | |
| Zhang et al. | Label-free immunosensor based on Au@ Ag2S nanoparticles/magnetic chitosan matrix for sensitive determination of ractopamine | |
| WO2018223760A1 (zh) | 电化学生物传感器电极、传感器及其制备方法 | |
| Zhang et al. | TiO 2–graphene hybrid nanostructures by atomic layer deposition with enhanced electrochemical performance for Pb (ii) and Cd (ii) detection | |
| KR20160107527A (ko) | 신경 전극의 표면 개질 방법 | |
| Çakır et al. | A newly developed electrocatalytic oxidation and voltammetric determination of curcumin at the surface of PdNp-graphite electrode by an aqueous solution process with Al 3+ | |
| Ali et al. | A comparative study of different electrodeposited NiCo 2 O 4 microspheres anchored on a reduced graphene oxide platform: Electrochemical sensor for anti-depressant drug venlafaxine | |
| Khun et al. | An electrochemical dopamine sensor based on the ZnO/CuO nanohybrid structures | |
| Zhou et al. | A supersensitive sensor for rutin detection based on multi-walled carbon nanotubes and gold nanoparticles modified carbon paste electrodes | |
| Arida | Novel pH microsensor based on a thin film gold electrode modified with lead dioxide nanoparticles | |
| Haghshenas et al. | A label-free electrochemical biosensor based on tubulin immobilized on gold nanoparticle/glassy carbon electrode for the determination of vinblastine | |
| Sarkar et al. | Surface enhanced Raman spectroscopy on silver-nanoparticle-coated carbon-nanotube networks fabricated by electrophoretic deposition | |
| Yang et al. | Nickel clusters grown on three-dimensional graphene oxide–multi-wall carbon nanotubes as an electrochemical sensing platform for luteolin at the picomolar level | |
| KR20160000478A (ko) | 수산화기―풍부 그래핀 산화물을 전기화학적 환원하여 얻어진 그래핀 박막, 및 이를 이용한 요산 검출방법 | |
| Lee et al. | Enhanced Electrochemiluminescence of Luminol on Indium Tin Oxide Modified with Dendrimer‐Encapsulated Au Nanoparticles | |
| Saito et al. | Oxygen plasma exfoliated vertically-aligned carbon nanotubes as electrodes for ultrasensitive stripping detection of Pb2+ | |
| JP2018168445A (ja) | 塩化銀被覆粒子 | |
| CZ2013422A3 (cs) | Substrát pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii a způsob jeho přípravy | |
| Kundys et al. | Electrochemical determination of selected neurotransmitters at electrodes modified with oppositely charged carbon nanoparticles | |
| Bai et al. | Fabrication of graphene coated carbon fiber microelectrode for highly sensitive detection application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190605 |