本文選題：表面增強拉曼散射　切入點：光纖傳感器　出處：《深圳大學》2017年博士論文

【摘要】：光纖表面增強拉曼散射(SERS)傳感器結合光纖傳感技術與拉曼光譜分析技術的一切優(yōu)勢,同時克服了普通拉曼光譜信號弱,背景干擾強,不能實現(xiàn)痕量檢測的缺點,可獲得低濃度被測樣品豐富的光譜信息,并可以進行遠程、實時、原位、在體、在線的SERS光譜檢測。光纖表面增強拉曼散射(SERS)光譜技術在生命科學、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領域中生物化學樣品分析具有重要的優(yōu)勢,吸引了人們廣泛的關注。本文利用飛秒激光微加工技術和激光誘導沉積技術,開展了高性能光纖SERS傳感器的研究,主要研究了以下四個方面內容:1.開展了基于飛秒激光微加工技術刻蝕光纖制備端面型石英光纖SERS傳感器的研究。搭建了飛秒激光微加工光纖系統(tǒng),利用飛秒激光微加工技術對石英光纖尖端粗糙化處理,實驗探索了飛秒激光功率對燒蝕光纖表面形貌的影響,及飛秒激光加工光纖采用的刻線寬度對所制備的光纖SERS傳感器形貌及SERS增強效果的影響。開展了利用785 nm波長激發(fā)光誘導方法對光纖端面修飾SERS活性基底的可行性研究,理論分析激光誘導沉積機理,并優(yōu)化了誘導沉積過程中激發(fā)光的功率與沉積時間,操作簡單、快速、成本低。經(jīng)飛秒激光刻蝕而粗糙化后的光纖表面更有利于銀納米顆粒的沉積,在相同沉積時間內,銀納米顆粒更快生長在經(jīng)飛秒激光燒蝕而粗糙化的光纖表面。優(yōu)化飛秒激光加工的激光功率及選取一個合適的飛秒激光刻蝕寬度,可制備對若丹明6G溶液高靈敏度的光纖SERS傳感器。2.開展了基于飛秒激光微加工技術制備端面型聚合物光纖SERS傳感器的研究。研究了飛秒激光對聚合物光纖的加工特點,由于PMMA材料比石英光纖更軟,用相同的脈沖能量和掃描速度,激光燒蝕狹縫明顯深于石英光纖,低脈沖能量就能實現(xiàn)良好的加工效果。利用激光誘導沉積方法進行SERS活性基底的修飾,以若丹明6G為目標分子驗證PMMA聚合物光纖SERS傳感器的性能。SERS信號強度隨著飛秒激光加工所用脈沖功率和飛秒激光刻蝕寬度變化而變化。對于某一選定的激光脈沖能量,存在一個合適飛秒激光刻蝕寬度。通過對R6G溶液的檢測表明本研究提出的PMMA聚合物光纖SERS傳感器具有良好的性能,若在進行SERS光譜探測時適當?shù)匮娱L積分時間,同時提高入射激光聚集的光纖端面的平整度,該傳感器的探測性能將進一步提高,可達到端面型石英光纖的性能。3.開展了基于飛秒激光微加工技術制備的新型U型結構石英光纖SERS傳感器的研究。制備了系列不同寬度的U型結構石英光纖,經(jīng)飛秒激光加工光纖,制作的U型結構相對規(guī)則,保持了良好的形貌。理論分析了U型結構遠端面接收的激發(fā)光功率隨U型結構寬度的變化關系,進行了利用光化學沉積方法對U型光纖探針修飾一層銀納米顆粒探究,以此U型結構的光纖SERS傳感器對10-8 M的R6G溶液進行檢測。隨著U型結構寬度的增加,測得R6G溶液在1509.7 cm-1處相對拉曼強度非線性減少,說明隨著U型結構寬度的增加,光纖探針的拉曼增強效果變弱。當U型結構寬度為12μm時,在1509.7 cm-1處相對拉曼強度最大,是單一粗糙端面的光纖SERS探針測量結果的4倍。相對于單一粗糙端面制備的光纖SERS傳感器,U型結構的存在一方面增加了SERS活性區(qū)域面積,產(chǎn)生更多有SERS增強效果的“熱點”;另一方面,由于U型結構遠端面的存在,提高了R6G分子信號光的收集效率。U型結構光纖SERS傳感器具有纖芯模場激發(fā)的優(yōu)點,實現(xiàn)對低濃度若丹明6G染料分子的高靈敏實時原位檢測。4.開展了基于飛秒激光微加工技術和光化學方法沉積銀納米顆粒制備D型石英光纖SERS傳感器的研究。不同于之前所研究的幾種屬于纖芯模激發(fā)類型光纖SERS探針,本研究提出的D型石英光纖SERS傳感器屬于消逝場激發(fā)類型,可以靈活增加SERS活性區(qū)面積來提高SERS信號探測強度。利用飛秒激光刻蝕光纖制備了不同活性區(qū)域長度的D型結構石英光纖,隨后用光化學沉積方法修飾了一層銀納米顆粒作為SERS活性基底,通過SEM圖像對傳感器表面形貌進行了詳細的研究。通過對10-7 M若丹明6G(R6G)溶液的探測結果表明,探究了D型傳感區(qū)長度對增強效果的影響,在傳感器長度在100μm至500μm區(qū)間,隨D型區(qū)長度的增加,檢測的拉曼強度是線性增加的,而且線性度達0.998,實現(xiàn)了對若丹明6G染料分子的高靈敏實時原位檢測。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN249;TP212

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本文編號：1688927