基于毛細管的SERS活性基底：制備、性能與應用新探一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展中，對于物質(zhì)分子層面的分析檢測需求日益增長，表面增強拉曼散射（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）技術(shù)應運而生，并迅速成為研究的焦點。SERS技術(shù)憑借其超高的檢測靈敏度，能夠檢測到極低濃度的分子，甚至達到單分子檢測的水平。這一特性使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用潛力，在醫(yī)學診斷領(lǐng)域，可用于疾病標志物的超靈敏檢測，實現(xiàn)疾病的早期精準診斷；在環(huán)境監(jiān)測方面，能夠快速準確地檢測環(huán)境中的痕量污染物，為環(huán)境保護提供有力的數(shù)據(jù)支持；于食品安全領(lǐng)域，可有效檢測食品中的農(nóng)藥殘留、添加劑以及微生物污染等問題，保障人們的飲食安全。目前，SERS活性基底的研究主要集中于有序納米結(jié)構(gòu)和由復雜金屬納米顆粒組成的混合納米結(jié)構(gòu)。這些傳統(tǒng)的SERS活性基底在制備過程中面臨諸多挑戰(zhàn)，需要高精度的設(shè)備和復雜的工藝，不僅耗時費力，而且制備成本高昂。其性能也存在一定的局限性，在高能量激光照射下，基底可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或損傷，從而影響檢測結(jié)果的準確性；長時間暴露在空氣中時，易受到環(huán)境因素的干擾，如吸附空氣中的雜質(zhì)分子，導致基底的活性降低，檢測靈敏度下降。傳統(tǒng)平面基底在現(xiàn)場汲取樣品時存在困難，且樣品分子在檢測過程中暴露在空氣中，容易受到外部環(huán)境的污染，檢測重復性較差。因此，開發(fā)新型的SERS活性基底結(jié)構(gòu)迫在眉睫，以滿足實際應用中對高靈敏度、高穩(wěn)定性和高重現(xiàn)性檢測的需求?；诿毠艿腟ERS活性基底研究為解決上述問題提供了新的思路和方向。毛細管作為一種常見的微流控器件，具有獨特的優(yōu)勢。其細徑微流控通道能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的快速傳輸和富集，提高檢測效率。將毛細管與SERS技術(shù)相結(jié)合，通過在毛細管內(nèi)壁修飾或組裝具有SERS活性的納米材料，如銀納米顆粒、金納米棒等，可以構(gòu)建出新型的基于毛細管的SERS活性基底。這種基底不僅能夠充分利用毛細管的微流控特性，還能發(fā)揮SERS技術(shù)的高靈敏度優(yōu)勢。通過控制納米材料在毛細管內(nèi)壁的生長和組裝方式，可以精確調(diào)控基底的表面結(jié)構(gòu)和性能，從而提高SERS信號的增強效果和穩(wěn)定性。該基底還能有效減少樣品分子與外界環(huán)境的接觸，降低外部干擾，提高檢測的準確性和重復性。對基于毛細管的SERS活性基底的研究，有望克服傳統(tǒng)SERS活性基底的局限性，為SERS技術(shù)的進一步發(fā)展和廣泛應用提供有力的支持。通過深入探究其制備方法、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及在實際樣品檢測中的應用，能夠拓展SERS技術(shù)在生物醫(yī)學、環(huán)境科學、食品安全等領(lǐng)域的應用范圍，推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步和發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，基于毛細管的SERS活性基底在國內(nèi)外都吸引了眾多科研人員的關(guān)注，相關(guān)研究取得了一系列顯著進展。在制備方法上，研究人員探索出多種將具有SERS活性的納米材料與毛細管相結(jié)合的方式。例如，通過種子生長法制備金三八面體（AuTOHs），再利用靜電吸附將其均勻、致密地組裝在經(jīng)過羥基和氨基修飾的毛細管內(nèi)壁，成功制備出基于金三八面體修飾的毛細管基SERS基底。此方法巧妙地利用了毛細管內(nèi)壁的電荷特性與納米材料之間的靜電相互作用，實現(xiàn)了納米材料在毛細管內(nèi)壁的穩(wěn)定負載。還有研究先通過毛細管制備細徑微流控通道，然后將銀納米顆粒與毛細管內(nèi)壁接觸，形成銀納米顆粒覆蓋的活性基底。這種簡單直接的制備方式，為基于毛細管的SERS活性基底的大規(guī)模制備提供了可能。在性能優(yōu)化方面，國內(nèi)外學者從多個角度開展研究。通過調(diào)整納米材料的尺寸和濃度來優(yōu)化基底的檢測靈敏度。當銀納米顆粒的尺寸和濃度達到特定值時，基于毛細管的SERS活性基底對目標分子的檢測靈敏度得到顯著提高。也有研究通過改變納米材料的種類和結(jié)構(gòu)，如采用金納米棒（AuNRs）與金納米啞鈴（AuNDs）等不同納米單元構(gòu)筑基底，并對它們的SERS效應進行比較。實驗結(jié)果表明，在合成前驅(qū)體和分散體系均相同，且表面配體交換處理與構(gòu)筑工藝一致的前提下，AuNDs組裝結(jié)構(gòu)相較于AuNRs組裝結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更高的SERS活性，而兩者的均一性和重現(xiàn)性相當。在應用領(lǐng)域，基于毛細管的SERS活性基底展現(xiàn)出廣泛的適用性。在生物醫(yī)學領(lǐng)域，北京科技大學楊洲教授攜手北醫(yī)三院馮云教授團隊報道了一種基于金屬有機框架（MOF）的SERS毛細管，用于人體淚液氧化應激標記物丙二醛（MDA）的痕量檢測。該SERS毛細管對淚液中的MDA的檢測限可達9.38x10-9mol/L，并且通過結(jié)合3D打印制備的小型便攜手持式淚液檢測平臺，實現(xiàn)了對干眼癥患者和正常人的診斷鑒別。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，有研究選擇SERS效應相對顯著的毛細管基AuNDs組裝結(jié)構(gòu)對實際水體中的孔雀石綠進行取樣和SERS檢測，檢測能力達到2×10－3mg/g量級，表明此策略對實際水體中微量孔雀石綠的快速高靈敏檢測具有一定的可行性。盡管基于毛細管的SERS活性基底研究已取得諸多成果，但仍存在一些不足。部分制備方法較為復雜，涉及多個步驟和特殊試劑，不利于大規(guī)模制備和實際應用推廣。在性能方面，雖然一些基底在特定條件下表現(xiàn)出良好的靈敏度和穩(wěn)定性，但在復雜環(huán)境中，如高濕度、高溫或存在干擾物質(zhì)的情況下，其性能可能會受到影響。在應用研究中，目前對某些復雜樣品體系的檢測還存在挑戰(zhàn)，如對成分復雜的生物組織樣本或含有多種污染物的環(huán)境水樣的檢測，如何提高檢測的準確性和選擇性仍是需要解決的問題。未來的研究可以朝著簡化制備工藝、提高基底在復雜環(huán)境中的性能穩(wěn)定性以及拓展其在更多復雜樣品檢測中的應用等方向展開。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在深入探究基于毛細管的SERS活性基底，通過系統(tǒng)研究制備方法、性能優(yōu)化以及實際應用，為SERS技術(shù)在多領(lǐng)域的高效應用提供堅實基礎(chǔ)和創(chuàng)新思路。研究目標：成功開發(fā)一種簡便、高效且可大規(guī)模制備的基于毛細管的SERS活性基底制備方法；顯著提升基底的靈敏度，使其能夠?qū)崿F(xiàn)對痕量目標分子的高靈敏檢測；增強基底的穩(wěn)定性，確保在不同環(huán)境條件和長時間使用過程中，SERS信號保持穩(wěn)定；提高基底的重現(xiàn)性，保證多次檢測結(jié)果的一致性和可靠性；拓展基于毛細管的SERS活性基底在生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域的實際應用，為相關(guān)領(lǐng)域的檢測分析提供新的技術(shù)手段。研究內(nèi)容：基于毛細管的SERS活性基底制備方法研究：探索多種將具有SERS活性的納米材料修飾到毛細管內(nèi)壁的方法，如種子生長法結(jié)合靜電吸附、化學氣相沉積等。通過對比不同方法制備的基底的微觀結(jié)構(gòu)、納米材料負載量和均勻性，篩選出最適宜的制備方法。研究制備過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如納米材料的合成條件、毛細管內(nèi)壁的預處理方式、修飾時間和溫度等對基底性能的影響。運用響應面法等優(yōu)化策略，確定最佳制備工藝參數(shù)，實現(xiàn)對基底制備過程的精確控制?；诿毠艿腟ERS活性基底性能研究：從靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性等方面全面評估基底的SERS性能。采用標準分子探針，如羅丹明6G、結(jié)晶紫等，測定基底的SERS增強因子，量化其靈敏度。通過長時間監(jiān)測SERS信號的變化，考察基底在不同環(huán)境條件，如溫度、濕度、光照下的穩(wěn)定性。在相同條件下多次制備基底并進行檢測，分析檢測結(jié)果的相對標準偏差，評估基底的重現(xiàn)性。研究基底的微觀結(jié)構(gòu)與SERS性能之間的關(guān)系，借助掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）等表征手段，觀察納米材料在毛細管內(nèi)壁的分布和形貌。結(jié)合有限元模擬等理論計算方法，深入探究基底的電磁增強機制和化學增強機制，為性能優(yōu)化提供理論依據(jù)?；诿毠艿腟ERS活性基底在實際樣品檢測中的應用研究：選取生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域的實際樣品，如生物標志物、環(huán)境污染物、食品添加劑等，開展基于毛細管的SERS活性基底的檢測應用研究。針對不同樣品的特點，優(yōu)化檢測方法和條件，如樣品前處理方式、檢測時間、激光功率等。將基于毛細管的SERS活性基底的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)檢測方法，如高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（HPLC-MS）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）等進行對比，驗證其準確性和可靠性。評估基于毛細管的SERS活性基底在實際應用中的優(yōu)勢和局限性，提出進一步改進和完善的方向?；诿毠艿腟ERS活性基底與其他SERS活性基底的對比研究：選取具有代表性的傳統(tǒng)SERS活性基底，如平面金屬薄膜基底、納米顆粒組裝基底等，與基于毛細管的SERS活性基底進行全面對比。對比內(nèi)容包括制備方法的復雜性、成本、耗時，基底的靈敏度、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性，以及在實際樣品檢測中的應用效果等。分析基于毛細管的SERS活性基底相對于傳統(tǒng)基底的獨特優(yōu)勢和創(chuàng)新點，明確其在SERS技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法實驗研究法：通過實驗制備不同類型的基于毛細管的SERS活性基底，探索各種制備方法和參數(shù)對基底性能的影響。利用種子生長法制備金納米顆粒，通過改變反應溫度、時間、反應物濃度等參數(shù)，研究其對金納米顆粒尺寸、形貌和結(jié)晶度的影響。在毛細管內(nèi)壁修飾納米材料時，通過控制修飾時間、修飾液濃度等條件，探究其對納米材料負載量和均勻性的影響。采用標準分子探針進行SERS檢測實驗，研究基底的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。以羅丹明6G為探針分子，通過改變其濃度，測定不同濃度下的SERS信號強度，繪制標準曲線，計算基底的SERS增強因子，評估其靈敏度。將制備好的基底在不同環(huán)境條件下放置一段時間后，再次檢測探針分子的SERS信號，考察基底的穩(wěn)定性。在相同條件下多次制備基底并檢測探針分子，統(tǒng)計檢測結(jié)果的相對標準偏差，評估基底的重現(xiàn)性。表征分析法：運用多種表征技術(shù)對基于毛細管的SERS活性基底的微觀結(jié)構(gòu)、成分和性能進行全面分析。使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察毛細管內(nèi)壁納米材料的形貌、尺寸和分布情況。通過SEM圖像，可以清晰地看到金納米顆粒在毛細管內(nèi)壁的排列方式和覆蓋程度，為優(yōu)化制備工藝提供直觀依據(jù)。利用透射電子顯微鏡（TEM）進一步分析納米材料的晶體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)。TEM可以提供納米材料的晶格條紋信息，幫助研究人員了解其晶體結(jié)構(gòu)和生長情況。采用X射線光電子能譜（XPS）分析納米材料的化學成分和表面元素價態(tài)。XPS可以確定納米材料表面的元素組成和化學狀態(tài)，為研究基底的化學增強機制提供重要信息。借助拉曼光譜儀對基底的SERS性能進行測試，分析SERS信號的增強效果和特征峰變化。通過拉曼光譜，可以獲取探針分子在基底上的拉曼信號增強情況，以及特征峰的位移和強度變化，從而深入研究基底的SERS性能。數(shù)據(jù)分析方法：對實驗和表征得到的數(shù)據(jù)進行深入分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和信息。運用統(tǒng)計學方法對多次實驗數(shù)據(jù)進行處理，計算平均值、標準偏差等統(tǒng)計參數(shù)，評估實驗結(jié)果的可靠性和重復性。在評估基底的重現(xiàn)性時，通過計算多次檢測結(jié)果的相對標準偏差，判斷基底的重復性好壞。采用響應面法等優(yōu)化算法，對實驗參數(shù)進行優(yōu)化，確定最佳制備工藝和檢測條件。以制備基底的納米材料合成條件、毛細管內(nèi)壁預處理方式等參數(shù)為自變量，以基底的靈敏度、穩(wěn)定性等性能指標為因變量，建立響應面模型，通過優(yōu)化算法求解得到最佳參數(shù)組合。利用有限元模擬等理論計算方法，對基底的電磁增強機制和化學增強機制進行模擬和分析，為實驗結(jié)果提供理論支持。通過有限元模擬，可以計算基底表面的電場分布和電荷轉(zhuǎn)移情況，深入理解SERS增強機制，指導基底的設(shè)計和優(yōu)化。1.4.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1所示，具體步驟如下：基于毛細管的SERS活性基底制備：選取合適規(guī)格的毛細管，根據(jù)不同的制備方法對毛細管內(nèi)壁進行預處理。若采用種子生長法結(jié)合靜電吸附制備金納米顆粒修飾的毛細管基底，先對毛細管進行羥基和氨基修飾，使其內(nèi)壁帶正電。利用種子生長法合成金納米顆粒，控制反應條件得到所需尺寸和形貌的金納米顆粒。將合成的金納米顆粒與經(jīng)過預處理的毛細管接觸，通過靜電吸附作用使金納米顆粒均勻、致密地組裝在毛細管內(nèi)壁，形成基于毛細管的SERS活性基底。若采用其他制備方法，如化學氣相沉積法，則按照相應的工藝步驟在毛細管內(nèi)壁沉積具有SERS活性的納米材料。基底性能測試與表征：運用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）等微觀表征手段，觀察納米材料在毛細管內(nèi)壁的分布、形貌和尺寸等微觀結(jié)構(gòu)信息。采用X射線光電子能譜（XPS）、能量色散X射線光譜（EDS）等成分分析技術(shù)，確定納米材料的化學成分和表面元素組成。利用拉曼光譜儀，以標準分子探針（如羅丹明6G、結(jié)晶紫等）為檢測對象，測試基底的SERS信號增強效果，計算SERS增強因子，評估基底的靈敏度。通過長時間監(jiān)測SERS信號隨時間、溫度、濕度等環(huán)境因素的變化，考察基底的穩(wěn)定性。在相同條件下多次制備基底并進行SERS檢測，統(tǒng)計分析檢測結(jié)果的相對標準偏差，評估基底的重現(xiàn)性。性能優(yōu)化與機制研究：根據(jù)性能測試和表征結(jié)果，分析影響基底性能的因素，如納米材料的種類、尺寸、濃度，毛細管內(nèi)壁的修飾方式，以及制備過程中的工藝參數(shù)等。通過調(diào)整這些因素，對基底性能進行優(yōu)化。運用有限元模擬等理論計算方法，結(jié)合實驗結(jié)果，深入研究基底的電磁增強機制和化學增強機制。分析納米材料的表面等離子體共振特性、電場分布情況以及與探針分子之間的電荷轉(zhuǎn)移過程，揭示SERS信號增強的本質(zhì)原因。建立基底微觀結(jié)構(gòu)與SERS性能之間的關(guān)系模型，為進一步優(yōu)化基底性能提供理論指導。實際樣品檢測應用：選取生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域的實際樣品，如生物標志物、環(huán)境污染物、食品添加劑等。根據(jù)實際樣品的特點，對樣品進行適當?shù)那疤幚?，如提取、分離、純化等，以滿足SERS檢測的要求。將優(yōu)化后的基于毛細管的SERS活性基底應用于實際樣品檢測，優(yōu)化檢測方法和條件，如激光功率、積分時間、檢測波長等。將SERS檢測結(jié)果與傳統(tǒng)檢測方法（如高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（HPLC-MS）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）等）的檢測結(jié)果進行對比，驗證基于毛細管的SERS活性基底檢測的準確性和可靠性。對檢測結(jié)果進行分析和討論，評估基于毛細管的SERS活性基底在實際應用中的優(yōu)勢和局限性，提出改進和完善的方向。對比研究：選取具有代表性的傳統(tǒng)SERS活性基底，如平面金屬薄膜基底、納米顆粒組裝基底等。按照相同的檢測方法和條件，對傳統(tǒng)SERS活性基底和基于毛細管的SERS活性基底進行性能測試和實際樣品檢測。對比分析兩種基底在制備方法的復雜性、成本、耗時，基底的靈敏度、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性，以及在實際樣品檢測中的應用效果等方面的差異?？偨Y(jié)基于毛細管的SERS活性基底相對于傳統(tǒng)基底的獨特優(yōu)勢和創(chuàng)新點，明確其在SERS技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿蛻们熬?。二、SERS技術(shù)及毛細管基活性基底概述2.1SERS技術(shù)基本原理SERS技術(shù)作為一種強大的分子檢測手段，其核心在于利用金屬納米結(jié)構(gòu)對分子拉曼信號進行顯著增強。當分子吸附在具有特定納米結(jié)構(gòu)的金屬表面時，原本微弱的拉曼散射信號可被放大數(shù)百萬倍甚至更高倍數(shù)，從而實現(xiàn)對痕量分子的高靈敏檢測。這一卓越的增強效應主要源于電磁增強（ElectromagneticEnhancement，EM）和化學增強（ChemicalEnhancement，CM）兩種機制，二者相互協(xié)同，共同造就了SERS技術(shù)的超高靈敏度。2.1.1電磁增強機制電磁增強機制在SERS效應中占據(jù)主導地位，對整體增強效果的貢獻最為顯著。其原理基于金屬納米結(jié)構(gòu)在光激發(fā)下產(chǎn)生的表面等離子體共振（SurfacePlasmonResonance，SPR）現(xiàn)象。當金屬納米顆粒受到特定頻率的光照射時，金屬表面的自由電子會與入射光的電磁場發(fā)生強烈耦合，形成集體振蕩，即表面等離子體共振。這種共振會導致金屬納米結(jié)構(gòu)表面的電磁場強度急劇增強，形成所謂的“熱點”區(qū)域。在這些“熱點”處，分子所感受到的電磁場強度相較于外部環(huán)境顯著提高，根據(jù)拉曼散射的理論，分子的拉曼散射信號強度與電磁場強度的平方成正比。因此，處于“熱點”區(qū)域的分子，其拉曼信號會被大幅增強。金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和排列方式對電磁增強效果有著至關(guān)重要的影響。較小尺寸的納米顆粒往往具有更尖銳的表面曲率，這有利于增強局部電場強度。金納米棒的長徑比不同，其表面等離子體共振特性也會發(fā)生顯著變化，進而影響電磁增強效果。納米結(jié)構(gòu)的排列方式，如納米顆粒之間的間距，也會對電磁場的分布產(chǎn)生影響。當納米顆粒之間的間距處于特定范圍內(nèi)時，會形成強烈的局域電磁場增強，即所謂的“納米間隙”效應。在這種情況下，位于納米間隙中的分子能夠獲得極高的SERS增強，使得檢測靈敏度大幅提升。通過精確調(diào)控金屬納米結(jié)構(gòu)的這些參數(shù)，可以優(yōu)化電磁增強效果，提高SERS基底的靈敏度和性能。2.1.2化學增強機制化學增強機制雖然對SERS增強效應的貢獻相對較小，但其在某些情況下也起著不可或缺的作用。該機制主要源于探針分子與金屬基底之間的電荷轉(zhuǎn)移過程。當分子吸附在金屬表面時，分子與金屬之間會發(fā)生電子云的相互作用，導致電荷在兩者之間轉(zhuǎn)移。這種電荷轉(zhuǎn)移會改變分子的電子結(jié)構(gòu)，使得分子的極化率發(fā)生變化，從而增大拉曼散射信號?；瘜W增強機制具有較強的分子特異性，不同的分子與金屬基底之間的電荷轉(zhuǎn)移程度和方式不同，因此化學增強效果也會因分子而異。分子的電子特性，如分子的能級結(jié)構(gòu)、電子云分布等，都會影響電荷轉(zhuǎn)移的難易程度和效果。一些具有共軛結(jié)構(gòu)的分子，由于其電子云的離域性，更容易與金屬基底發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，從而獲得較強的化學增強。金屬基底的表面性質(zhì)，如表面的化學組成、粗糙度等，也會對化學增強產(chǎn)生影響。經(jīng)過特定化學修飾的金屬表面，可能會與分子形成更強的相互作用，促進電荷轉(zhuǎn)移，進而增強化學增強效果。2.2SERS活性基底的重要性及要求SERS活性基底作為SERS技術(shù)的核心組成部分，對該技術(shù)的性能和應用效果起著決定性作用，其重要性不言而喻。在SERS檢測過程中，活性基底為分子提供了附著的界面，并且通過其獨特的納米結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)，實現(xiàn)對分子拉曼信號的顯著增強，從而使原本難以檢測的微弱拉曼信號能夠被有效探測和分析。沒有高性能的SERS活性基底，SERS技術(shù)的高靈敏度、高選擇性等優(yōu)勢將無法充分展現(xiàn)，其在各個領(lǐng)域的廣泛應用也將受到嚴重制約。為了滿足SERS技術(shù)在不同領(lǐng)域的應用需求，SERS活性基底應具備一系列關(guān)鍵特性，包括高靈敏度、穩(wěn)定性、均一性等，這些特性對于保證SERS檢測的準確性、可靠性和實用性至關(guān)重要。高靈敏度是SERS活性基底最關(guān)鍵的性能指標之一，它直接決定了基底能夠檢測到的分子最低濃度，反映了基底對分子拉曼信號的增強能力。高靈敏度的SERS活性基底能夠?qū)崿F(xiàn)對痕量分子的有效檢測，在生物醫(yī)學領(lǐng)域，可用于檢測極低濃度的生物標志物，為疾病的早期診斷提供有力支持。在環(huán)境監(jiān)測中，能檢測到環(huán)境中極其微量的污染物，及時發(fā)現(xiàn)潛在的環(huán)境風險。靈敏度通常用SERS增強因子（EnhancementFactor，EF）來衡量，它表示SERS信號相對于普通拉曼信號的增強倍數(shù)。EF的計算方法一般是通過比較吸附在SERS活性基底上的分子的拉曼信號強度與相同條件下處于普通基底上的分子的拉曼信號強度。當使用羅丹明6G作為探針分子時，若其在普通基底上的拉曼信號強度為I0，在某SERS活性基底上的信號強度為I，且已知探針分子在兩種基底上的吸附量分別為N0和N，則該SERS活性基底的增強因子EF可表示為EF=(I/N)/(I0/N0)。高靈敏度的SERS活性基底的EF值通?？蛇_10^6-10^12甚至更高，這使得其能夠檢測到極低濃度的分子，滿足痕量分析的需求。穩(wěn)定性是SERS活性基底的另一個重要特性，它關(guān)乎基底在不同環(huán)境條件下以及長時間使用過程中保持其性能的能力。穩(wěn)定的SERS活性基底能夠確保在不同時間、不同地點進行檢測時，得到可靠且一致的檢測結(jié)果。在實際應用中，環(huán)境因素如溫度、濕度、光照等可能會對基底的性能產(chǎn)生影響。若基底穩(wěn)定性不佳，其表面的納米結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，導致SERS信號的波動或衰減，從而影響檢測的準確性。穩(wěn)定性還包括基底在多次使用后的性能保持能力，即重復使用穩(wěn)定性。具有良好重復使用穩(wěn)定性的基底可以降低檢測成本，提高檢測效率。為了評估基底的穩(wěn)定性，通常會進行一系列穩(wěn)定性測試實驗。將制備好的SERS活性基底放置在不同溫度（如4℃、25℃、40℃等）和濕度（如30%、50%、70%等）條件下，經(jīng)過一定時間后，檢測其對標準探針分子的SERS信號。通過比較不同條件下的SERS信號強度變化，評估基底在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性。也會對基底進行多次重復使用測試，每次使用后記錄SERS信號強度，觀察其隨使用次數(shù)的變化情況，以評估基底的重復使用穩(wěn)定性。均一性也是SERS活性基底不可或缺的特性，它反映了基底表面不同位置對分子拉曼信號增強效果的一致性。具有良好均一性的SERS活性基底，能夠在其表面的各個區(qū)域提供相似的SERS增強環(huán)境，使得在不同位置進行檢測時，得到的SERS信號強度和特征基本相同。這對于保證檢測結(jié)果的可靠性和重復性至關(guān)重要。若基底均一性較差，表面存在“熱點”分布不均的情況，會導致在不同位置檢測時，SERS信號強度差異較大，從而影響檢測的準確性和可靠性。均一性可以通過多種方法進行評估。利用掃描拉曼成像技術(shù)，對SERS活性基底表面進行掃描，獲取不同位置的SERS信號強度分布圖像。通過分析圖像中信號強度的標準差或變異系數(shù)等統(tǒng)計參數(shù)，可以定量評估基底的均一性。也可以在基底表面不同位置隨機選取多個檢測點，檢測相同濃度的探針分子的SERS信號，計算這些檢測點信號強度的相對標準偏差（RelativeStandardDeviation，RSD）。RSD值越小，說明基底的均一性越好。一般來說，對于高質(zhì)量的SERS活性基底，其均一性應保證在一定的誤差范圍內(nèi)，RSD值通常小于10%。2.3基于毛細管的SERS活性基底獨特優(yōu)勢基于毛細管的SERS活性基底在多個方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，使其在SERS技術(shù)應用中具有重要的價值和潛力。在樣品用量方面，基于毛細管的SERS活性基底表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。由于毛細管具有細徑微流控通道，其內(nèi)部空間相對狹小，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的微量進樣和高效富集。與傳統(tǒng)的SERS活性基底相比，基于毛細管的基底在檢測時所需的樣品量極少，通常僅需微升甚至納升級別的樣品。這種微量樣品需求的特性，使得基于毛細管的SERS活性基底在珍貴樣品檢測中具有不可替代的優(yōu)勢。在生物醫(yī)學研究中，某些生物樣本，如患者的稀有組織樣本或珍貴的生物標志物，獲取難度較大且數(shù)量有限?；诿毠艿腟ERS活性基底能夠在僅使用極少量樣品的情況下，實現(xiàn)對這些生物標志物的高靈敏檢測，從而避免了因樣品量不足而無法進行檢測或檢測不全面的問題。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，對于一些難以采集的痕量污染物樣品，基于毛細管的基底同樣能夠發(fā)揮其微量樣品需求的優(yōu)勢，實現(xiàn)對這些污染物的有效檢測。在操作便捷性上，基于毛細管的SERS活性基底具有明顯的優(yōu)勢。毛細管作為一種常見的微流控器件，其操作相對簡單，易于掌握。在制備基于毛細管的SERS活性基底時，通常可以采用較為簡便的方法，如將具有SERS活性的納米材料通過簡單的物理吸附或化學修飾的方式固定在毛細管內(nèi)壁。這種制備過程無需復雜的設(shè)備和繁瑣的工藝步驟，降低了制備成本和時間成本。在實際檢測過程中，基于毛細管的SERS活性基底的操作也十分便捷。只需將樣品通過毛細管的微流控通道引入基底，即可實現(xiàn)樣品與基底的快速接觸和反應。相比于傳統(tǒng)的SERS活性基底，如平面金屬薄膜基底，在使用時需要將樣品均勻地滴涂在基底表面，且容易出現(xiàn)樣品分布不均勻的問題?；诿毠艿幕讋t通過微流控通道的設(shè)計，能夠確保樣品在基底內(nèi)均勻分布，提高檢測的準確性和重復性?；诿毠艿腟ERS活性基底還具有良好的便攜性，可方便地應用于現(xiàn)場檢測。其小巧的體積和簡單的操作方式，使得研究人員可以將其攜帶到不同的檢測現(xiàn)場，如環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場、食品安全檢測現(xiàn)場等，實現(xiàn)對樣品的實時快速檢測。基于毛細管的SERS活性基底在現(xiàn)場檢測適用性方面也具有突出的優(yōu)勢。由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計和微流控特性，能夠有效減少樣品與外界環(huán)境的接觸，降低外部干擾對檢測結(jié)果的影響。在實際的現(xiàn)場檢測環(huán)境中，通常存在各種復雜的因素，如空氣中的雜質(zhì)、濕度、溫度變化等，這些因素都可能對傳統(tǒng)SERS活性基底的檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾?；诿毠艿腟ERS活性基底通過將樣品包裹在毛細管內(nèi)部，避免了樣品直接暴露在空氣中，從而減少了空氣中雜質(zhì)分子的吸附和干擾。其微流控通道能夠?qū)悠愤M行有效的控制和傳輸，使得檢測過程更加穩(wěn)定和可靠。在環(huán)境水樣檢測中，基于毛細管的SERS活性基底可以直接插入水樣中進行取樣和檢測，無需對水樣進行復雜的前處理。毛細管的微流控通道能夠?qū)⑺畼又械哪繕朔肿涌焖俑患交妆砻?，實現(xiàn)對目標分子的高靈敏檢測。這種現(xiàn)場快速檢測的能力，對于及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染物、保障環(huán)境安全具有重要意義。在食品安全檢測中，基于毛細管的SERS活性基底也能夠快速對食品中的有害物質(zhì)進行檢測，為食品安全監(jiān)管提供有力的技術(shù)支持。三、基于毛細管的SERS活性基底制備方法3.1不同類型毛細管的選擇與預處理在基于毛細管的SERS活性基底制備過程中，毛細管的選擇是首要且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，不同類型的毛細管具有各自獨特的物理和化學性質(zhì)，這些性質(zhì)會對后續(xù)的制備工藝以及最終基底的性能產(chǎn)生深遠影響。目前，在SERS活性基底制備中應用較為廣泛的毛細管主要包括玻璃毛細管和石英毛細管。玻璃毛細管是一種常見的選擇，其主要成分包含硅酸鈉、二氧化硅和硅酸鈣等。玻璃毛細管具有良好的光學透明性，這使得在進行SERS檢測時，激光能夠較為順利地透過毛細管，與內(nèi)部的樣品和活性物質(zhì)相互作用，從而保證檢測信號的有效獲取。玻璃毛細管的價格相對較為低廉，易于獲取，這為大規(guī)模制備SERS活性基底提供了成本優(yōu)勢。其機械強度相對較低，在一些復雜的實驗操作過程中，如多次的樣品注入、清洗等，可能容易發(fā)生破損，影響實驗的順利進行。玻璃毛細管的化學穩(wěn)定性在某些特殊環(huán)境下可能存在一定的局限性，例如在強酸性或強堿性溶液中，其表面可能會發(fā)生化學反應，導致表面性質(zhì)改變，進而影響納米材料在其表面的修飾和負載。石英毛細管則以其高純度的二氧化硅成分而具有獨特的優(yōu)勢。石英毛細管的硬度和透明度相較于玻璃毛細管更高，這使得它在機械性能方面表現(xiàn)更為出色，能夠承受一定程度的外力作用而不易損壞。在耐高溫、耐磨損以及抗氧化能力方面，石英毛細管也具有顯著的優(yōu)勢。在一些需要高溫處理的制備工藝中，如化學氣相沉積等方法，石英毛細管能夠穩(wěn)定存在，不會因高溫而發(fā)生變形或化學性質(zhì)的改變。其高純度的特性使得石英毛細管的化學惰性更強，表面更為純凈，這有利于在其表面進行精確的納米材料修飾，減少雜質(zhì)對SERS信號的干擾。石英毛細管的成本相對較高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應用。在選定合適的毛細管后，對其進行預處理是制備基于毛細管的SERS活性基底的重要步驟。預處理的目的主要是為了清潔毛細管表面，去除表面的雜質(zhì)和污染物，同時對毛細管表面進行化學修飾，使其具備特定的化學性質(zhì)，以利于后續(xù)納米材料的修飾和負載。清洗是預處理的基礎(chǔ)步驟。通常會采用一系列的有機溶劑和去離子水對毛細管進行清洗。先用甲苯超聲清洗毛細管，甲苯具有良好的溶解有機雜質(zhì)的能力，能夠有效去除毛細管表面的油污、有機物殘留等。接著用丙酮進行超聲清洗，丙酮能夠進一步溶解和去除甲苯清洗后殘留的少量有機物，并且其揮發(fā)性較強，能夠快速干燥，便于后續(xù)處理。再用乙醇超聲清洗，乙醇可以去除丙酮殘留，同時對毛細管表面進行初步的清潔和活化。經(jīng)過有機溶劑清洗后，再用去離子水多次沖洗毛細管，以徹底去除表面殘留的有機溶劑和其他雜質(zhì)。通過這樣的清洗步驟，可以確保毛細管表面達到較高的清潔度，為后續(xù)的表面修飾和納米材料負載提供良好的基礎(chǔ)。羥基化是一種常見且重要的表面修飾預處理方式。對于玻璃毛細管和石英毛細管，其表面通常含有一定數(shù)量的硅醇基（Si-OH），但這些硅醇基的數(shù)量和活性可能不足以滿足后續(xù)納米材料修飾的需求。因此，需要對毛細管表面進行羥基化處理，以增加表面的羥基數(shù)量。一種常用的羥基化處理方法是使用Piranha溶液。Piranha溶液通常由濃硫酸和雙氧水按照一定比例配置而成，例如濃硫酸的體積與雙氧水的體積比為7:3。將清洗后的毛細管浸泡在Piranha溶液中，在一定溫度下反應一段時間。Piranha溶液具有強氧化性，能夠與毛細管表面的硅原子發(fā)生反應，從而在表面引入更多的羥基。在這個過程中，濃硫酸提供強酸性環(huán)境，促進雙氧水的分解產(chǎn)生更多的活性氧物種，這些活性氧物種與硅原子反應，形成更多的硅醇基。經(jīng)過羥基化處理后，毛細管表面的羥基含量顯著增加，表面的親水性增強，這有利于后續(xù)與含有活性基團的納米材料或分子進行化學反應，實現(xiàn)納米材料在毛細管表面的穩(wěn)定修飾和負載。三、基于毛細管的SERS活性基底制備方法3.1不同類型毛細管的選擇與預處理在基于毛細管的SERS活性基底制備過程中，毛細管的選擇是首要且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，不同類型的毛細管具有各自獨特的物理和化學性質(zhì)，這些性質(zhì)會對后續(xù)的制備工藝以及最終基底的性能產(chǎn)生深遠影響。目前，在SERS活性基底制備中應用較為廣泛的毛細管主要包括玻璃毛細管和石英毛細管。玻璃毛細管是一種常見的選擇，其主要成分包含硅酸鈉、二氧化硅和硅酸鈣等。玻璃毛細管具有良好的光學透明性，這使得在進行SERS檢測時，激光能夠較為順利地透過毛細管，與內(nèi)部的樣品和活性物質(zhì)相互作用，從而保證檢測信號的有效獲取。玻璃毛細管的價格相對較為低廉，易于獲取，這為大規(guī)模制備SERS活性基底提供了成本優(yōu)勢。其機械強度相對較低，在一些復雜的實驗操作過程中，如多次的樣品注入、清洗等，可能容易發(fā)生破損，影響實驗的順利進行。玻璃毛細管的化學穩(wěn)定性在某些特殊環(huán)境下可能存在一定的局限性，例如在強酸性或強堿性溶液中，其表面可能會發(fā)生化學反應，導致表面性質(zhì)改變，進而影響納米材料在其表面的修飾和負載。石英毛細管則以其高純度的二氧化硅成分而具有獨特的優(yōu)勢。石英毛細管的硬度和透明度相較于玻璃毛細管更高，這使得它在機械性能方面表現(xiàn)更為出色，能夠承受一定程度的外力作用而不易損壞。在耐高溫、耐磨損以及抗氧化能力方面，石英毛細管也具有顯著的優(yōu)勢。在一些需要高溫處理的制備工藝中，如化學氣相沉積等方法，石英毛細管能夠穩(wěn)定存在，不會因高溫而發(fā)生變形或化學性質(zhì)的改變。其高純度的特性使得石英毛細管的化學惰性更強，表面更為純凈，這有利于在其表面進行精確的納米材料修飾，減少雜質(zhì)對SERS信號的干擾。石英毛細管的成本相對較高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應用。在選定合適的毛細管后，對其進行預處理是制備基于毛細管的SERS活性基底的重要步驟。預處理的目的主要是為了清潔毛細管表面，去除表面的雜質(zhì)和污染物，同時對毛細管表面進行化學修飾，使其具備特定的化學性質(zhì)，以利于后續(xù)納米材料的修飾和負載。清洗是預處理的基礎(chǔ)步驟。通常會采用一系列的有機溶劑和去離子水對毛細管進行清洗。先用甲苯超聲清洗毛細管，甲苯具有良好的溶解有機雜質(zhì)的能力，能夠有效去除毛細管表面的油污、有機物殘留等。接著用丙酮進行超聲清洗，丙酮能夠進一步溶解和去除甲苯清洗后殘留的少量有機物，并且其揮發(fā)性較強，能夠快速干燥，便于后續(xù)處理。再用乙醇超聲清洗，乙醇可以去除丙酮殘留，同時對毛細管表面進行初步的清潔和活化。經(jīng)過有機溶劑清洗后，再用去離子水多次沖洗毛細管，以徹底去除表面殘留的有機溶劑和其他雜質(zhì)。通過這樣的清洗步驟，可以確保毛細管表面達到較高的清潔度，為后續(xù)的表面修飾和納米材料負載提供良好的基礎(chǔ)。羥基化是一種常見且重要的表面修飾預處理方式。對于玻璃毛細管和石英毛細管，其表面通常含有一定數(shù)量的硅醇基（Si-OH），但這些硅醇基的數(shù)量和活性可能不足以滿足后續(xù)納米材料修飾的需求。因此，需要對毛細管表面進行羥基化處理，以增加表面的羥基數(shù)量。一種常用的羥基化處理方法是使用Piranha溶液。Piranha溶液通常由濃硫酸和雙氧水按照一定比例配置而成，例如濃硫酸的體積與雙氧水的體積比為7:3。將清洗后的毛細管浸泡在Piranha溶液中，在一定溫度下反應一段時間。Piranha溶液具有強氧化性，能夠與毛細管表面的硅原子發(fā)生反應，從而在表面引入更多的羥基。在這個過程中，濃硫酸提供強酸性環(huán)境，促進雙氧水的分解產(chǎn)生更多的活性氧物種，這些活性氧物種與硅原子反應，形成更多的硅醇基。經(jīng)過羥基化處理后，毛細管表面的羥基含量顯著增加，表面的親水性增強，這有利于后續(xù)與含有活性基團的納米材料或分子進行化學反應，實現(xiàn)納米材料在毛細管表面的穩(wěn)定修飾和負載。3.2金屬納米粒子修飾毛細管的方法3.2.1物理吸附法物理吸附法是一種較為簡便的將金屬納米粒子修飾到毛細管內(nèi)壁的方法，其原理基于分子間的范德華力。在實際操作中，首先需制備穩(wěn)定的金屬納米粒子溶液，如銀納米粒子或金納米粒子溶液。以銀納米粒子為例，通常采用化學還原法制備，將硝酸銀作為銀源，檸檬酸鈉作為還原劑。在劇烈攪拌下，將檸檬酸鈉溶液快速加入到硝酸銀溶液中，通過控制反應溫度和時間，可得到粒徑較為均一的銀納米粒子。制備好的金屬納米粒子溶液具有一定的表面電荷，使其能夠在溶液中保持相對穩(wěn)定的分散狀態(tài)。將經(jīng)過預處理的毛細管浸入金屬納米粒子溶液中。由于毛細管內(nèi)壁經(jīng)過清洗和羥基化等預處理后，表面具有一定的親水性和電荷分布，與金屬納米粒子之間存在范德華力作用。在這種作用力的影響下，金屬納米粒子逐漸吸附到毛細管內(nèi)壁表面。為了促進吸附過程，可對體系進行超聲處理。超聲能夠產(chǎn)生高頻機械振動，一方面可以增強溶液中金屬納米粒子的布朗運動，使其更頻繁地與毛細管內(nèi)壁碰撞，增加吸附機會；另一方面，超聲振動還可以破壞金屬納米粒子可能形成的團聚體，使其以單個粒子或較小的團聚體形式更均勻地吸附在毛細管內(nèi)壁。經(jīng)過一定時間的超聲吸附后，取出毛細管，用去離子水多次沖洗，以去除未吸附牢固的金屬納米粒子。通過這種方式，即可在毛細管內(nèi)壁形成一層由金屬納米粒子物理吸附而成的修飾層，從而構(gòu)建基于毛細管的SERS活性基底。物理吸附法具有操作簡單、成本較低的顯著優(yōu)點。由于不需要復雜的化學反應和特殊的設(shè)備，只需具備基本的溶液配制和超聲處理裝置，即可實現(xiàn)金屬納米粒子在毛細管內(nèi)壁的修飾。這種方法能夠在較短的時間內(nèi)完成修飾過程，有利于快速制備SERS活性基底。物理吸附法也存在一些局限性。金屬納米粒子與毛細管內(nèi)壁之間僅通過較弱的范德華力結(jié)合，在后續(xù)的使用過程中，尤其是當基底受到外界因素如流動的液體沖擊、溫度變化或長時間浸泡在溶液中等影響時，金屬納米粒子容易從毛細管內(nèi)壁脫落，導致基底的穩(wěn)定性較差。由于物理吸附過程相對隨機，難以精確控制金屬納米粒子在毛細管內(nèi)壁的分布和負載量，這可能會影響基底的均一性和重現(xiàn)性。在實際應用中，不同批次制備的基于物理吸附法的SERS活性基底，其性能可能會存在較大差異，從而限制了該方法在對基底性能要求較高的領(lǐng)域中的應用。3.2.2化學合成法化學合成法中，種子生長法是一種常用的在毛細管內(nèi)壁原位合成金屬納米粒子的有效方法，其原理基于金屬離子在特定條件下的還原和晶體生長過程。以在毛細管內(nèi)壁合成金納米粒子為例，具體步驟如下。對毛細管進行預處理，以使其內(nèi)壁具備適宜的化學環(huán)境。如前文所述，先對毛細管進行清洗，去除表面的雜質(zhì)和污染物，然后進行羥基化處理，增加表面的羥基數(shù)量。接著進行氨基化修飾，通常使用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）。將經(jīng)過羥基化處理的毛細管浸泡在APTES的無水乙醇溶液中，在一定溫度下反應一段時間。APTES分子中的乙氧基會在溶液中水解，生成硅醇基，硅醇基與毛細管表面的羥基發(fā)生縮合反應，從而使APTES分子通過化學鍵牢固地連接在毛細管內(nèi)壁。此時，毛細管內(nèi)壁表面帶有氨基，呈現(xiàn)出一定的正電荷，這為后續(xù)的納米粒子生長提供了活性位點。制備金納米種子溶液。采用檸檬酸鈉還原法制備金納米種子，將氯金酸溶液加熱至沸騰，在劇烈攪拌下迅速加入檸檬酸鈉溶液。檸檬酸鈉作為還原劑，能夠?qū)⒙冉鹚嶂械腁u3+還原為Au0，形成粒徑較小的金納米種子。這些金納米種子具有較高的表面能，在溶液中相對穩(wěn)定分散。進行種子生長過程。將含有金納米種子的溶液引入經(jīng)過氨基化修飾的毛細管中。由于毛細管內(nèi)壁表面的氨基與金納米種子之間存在靜電相互作用，金納米種子會優(yōu)先吸附在毛細管內(nèi)壁。向毛細管內(nèi)注入含有金屬離子（如氯金酸）和還原劑（如抗壞血酸）的生長溶液?？箟难釋⑸L溶液中的Au3+還原為Au0，這些新生的Au原子會在已吸附的金納米種子表面逐漸沉積并生長，使得金納米粒子的尺寸不斷增大。通過控制生長溶液中金屬離子的濃度、還原劑的用量以及反應時間等參數(shù)，可以精確調(diào)控金納米粒子的生長速率和最終尺寸。經(jīng)過一定時間的反應后，在毛細管內(nèi)壁即可原位生長出尺寸均一、分布均勻的金納米粒子。反應結(jié)束后，用去離子水多次沖洗毛細管，去除未反應的試劑和雜質(zhì)，從而得到基于毛細管的SERS活性基底。種子生長法的優(yōu)點在于能夠在毛細管內(nèi)壁精確控制金屬納米粒子的生長位置、尺寸和形貌。通過調(diào)整反應條件，可以實現(xiàn)對納米粒子結(jié)構(gòu)的精細調(diào)控，從而優(yōu)化基底的SERS性能。由于金屬納米粒子是在毛細管內(nèi)壁原位生長，與毛細管內(nèi)壁之間通過化學鍵或較強的相互作用結(jié)合，因此基底具有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。種子生長法的制備過程相對較為復雜，涉及多個步驟和試劑的使用，需要嚴格控制反應條件，對實驗操作要求較高。制備過程耗時較長，不利于大規(guī)?？焖僦苽銼ERS活性基底。3.2.3電化學沉積法電化學沉積法是利用電化學原理在毛細管表面沉積金屬納米粒子的一種方法，其基本原理基于在電場作用下金屬離子在電極表面的還原過程。在基于毛細管的SERS活性基底制備中，通常將毛細管作為工作電極，采用三電極體系，包括工作電極（毛細管）、對電極（如鉑絲）和參比電極（如飽和甘汞電極）。在進行電化學沉積之前，需對毛細管進行預處理，以確保其表面清潔且具有良好的導電性。如前所述，先對毛細管進行清洗和表面修飾，使其表面具備適宜的化學性質(zhì)。為了增強導電性，可在毛細管內(nèi)壁鍍上一層薄薄的導電層，如金屬鈦或金屬銦錫氧化物（ITO）。通過磁控濺射等方法，在毛細管內(nèi)壁均勻地沉積一層厚度約為幾十納米的導電層，為后續(xù)的電化學沉積提供良好的導電基礎(chǔ)。將經(jīng)過預處理的毛細管浸入含有金屬離子的電解液中，如含有銀離子的硝酸銀溶液。在電場作用下，溶液中的銀離子向作為工作電極的毛細管表面遷移。當施加適當?shù)呢撾娢粫r，銀離子在毛細管表面得到電子被還原為銀原子，這些銀原子逐漸沉積并聚集，形成銀納米粒子。通過控制電化學沉積的參數(shù)，如沉積電位、沉積時間和電解液濃度等，可以精確調(diào)控銀納米粒子的生長速率、尺寸和形貌。較低的沉積電位和較長的沉積時間通常會導致生成較大尺寸的銀納米粒子；而較高的沉積電位和較短的沉積時間則有利于生成較小尺寸且分布更均勻的銀納米粒子。電化學沉積法的優(yōu)點在于能夠精確控制金屬納米粒子在毛細管表面的沉積位置和生長情況。通過調(diào)節(jié)電場參數(shù)，可以實現(xiàn)對納米粒子的尺寸、形狀和密度的有效調(diào)控，從而優(yōu)化基底的SERS性能。由于金屬納米粒子是通過電化學還原直接在毛細管表面生成，與毛細管表面結(jié)合緊密，因此基底具有較好的穩(wěn)定性。電化學沉積法也存在一些缺點。該方法需要專門的電化學設(shè)備，如恒電位儀等，設(shè)備成本較高。對實驗條件的控制要求較為嚴格，包括電解液的組成、溫度、pH值以及電極的制備等，任何一個因素的微小變化都可能影響納米粒子的沉積效果和基底的性能。在大規(guī)模制備方面，電化學沉積法的效率相對較低，限制了其在工業(yè)化生產(chǎn)中的應用。3.3制備過程中的關(guān)鍵參數(shù)控制在基于毛細管的SERS活性基底制備過程中，納米粒子濃度、反應溫度、時間等參數(shù)對基底性能有著至關(guān)重要的影響，精準控制這些參數(shù)是獲得高性能SERS活性基底的關(guān)鍵。納米粒子濃度是影響基底性能的關(guān)鍵參數(shù)之一。不同濃度的納米粒子在毛細管內(nèi)壁的吸附和組裝情況各異，進而顯著影響基底的SERS活性。當納米粒子濃度較低時，毛細管內(nèi)壁上負載的納米粒子數(shù)量較少，難以形成足夠多的“熱點”區(qū)域，導致SERS信號增強效果不明顯，檢測靈敏度較低。隨著納米粒子濃度的逐漸增加，毛細管內(nèi)壁上的納米粒子負載量增多，“熱點”區(qū)域相應增加，SERS信號增強效果逐漸提升，檢測靈敏度得到顯著提高。當納米粒子濃度過高時，納米粒子之間容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，導致粒子尺寸分布不均勻，部分團聚的納米粒子可能會堵塞毛細管通道，影響樣品的傳輸和檢測。團聚后的納米粒子形成的“熱點”分布也會變得不均勻，從而降低基底的均一性和重現(xiàn)性。為了探究納米粒子濃度對基底性能的影響，進行了一系列實驗。以銀納米粒子修飾的毛細管基底為例，制備了不同濃度（1×10^-4mol/L、5×10^-4mol/L、1×10^-3mol/L、5×10^-3mol/L、1×10^-2mol/L）的銀納米粒子溶液，并采用物理吸附法將其修飾到毛細管內(nèi)壁。以羅丹明6G為探針分子，在相同的檢測條件下，測定不同濃度納米粒子修飾的基底的SERS信號強度。實驗結(jié)果表明，隨著銀納米粒子濃度從1×10^-4mol/L增加到1×10^-3mol/L，SERS信號強度逐漸增強；當濃度達到1×10^-3mol/L時，SERS信號強度達到最大值；繼續(xù)增加濃度至5×10^-3mol/L和1×10^-2mol/L，SERS信號強度反而有所下降，且基底的均一性明顯變差。綜合考慮，在本實驗條件下，銀納米粒子的最佳濃度范圍為5×10^-4mol/L-1×10^-3mol/L。反應溫度在納米粒子修飾毛細管的過程中起著關(guān)鍵作用，它會影響納米粒子的生長、吸附和組裝過程，進而對基底的性能產(chǎn)生重要影響。在較低的反應溫度下，分子的熱運動較為緩慢，納米粒子的生長速率較低，導致在毛細管內(nèi)壁形成的納米粒子尺寸較小且分布不均勻。這會減少“熱點”的數(shù)量和強度，降低基底的SERS活性和檢測靈敏度。隨著反應溫度的升高，分子熱運動加劇，納米粒子的生長速率加快，能夠在毛細管內(nèi)壁更快速地形成尺寸較大且分布相對均勻的納米粒子。這有利于增加“熱點”的數(shù)量和強度，提高基底的SERS活性和檢測靈敏度。當反應溫度過高時，可能會導致納米粒子的團聚現(xiàn)象加劇，使粒子尺寸分布變得不均勻，影響基底的均一性和穩(wěn)定性。過高的溫度還可能會對毛細管的物理和化學性質(zhì)產(chǎn)生不利影響，如導致毛細管變形或表面化學性質(zhì)改變，進而影響納米粒子的修飾效果和基底的性能。為了研究反應溫度對基底性能的影響，以種子生長法制備金納米粒子修飾的毛細管基底為例，設(shè)置了不同的反應溫度（25℃、35℃、45℃、55℃、65℃）。在其他制備條件相同的情況下，制備出不同溫度下的SERS活性基底，并對其進行性能測試。結(jié)果顯示，在25℃時，制備的基底SERS信號較弱，表明檢測靈敏度較低；隨著溫度升高到45℃，SERS信號強度顯著增強，檢測靈敏度明顯提高；當溫度繼續(xù)升高到65℃時，雖然SERS信號強度在初期有所增強，但隨著時間延長，信號穩(wěn)定性變差，且基底的均一性受到影響，不同位置檢測的SERS信號差異增大。綜合各項性能指標，在本實驗中，最佳反應溫度范圍為35℃-45℃。反應時間同樣是影響基于毛細管的SERS活性基底性能的重要參數(shù)。反應時間過短，納米粒子在毛細管內(nèi)壁的吸附或生長過程不充分，導致納米粒子負載量不足，“熱點”數(shù)量較少，從而使基底的SERS活性和檢測靈敏度較低。隨著反應時間的延長，納米粒子有更多的時間與毛細管內(nèi)壁發(fā)生相互作用，能夠更充分地吸附或生長在毛細管內(nèi)壁，增加納米粒子的負載量和“熱點”數(shù)量，提高基底的SERS活性和檢測靈敏度。當反應時間過長時，可能會導致納米粒子在毛細管內(nèi)壁過度生長或團聚，使粒子尺寸分布不均勻，影響基底的均一性和穩(wěn)定性。過長的反應時間還會增加制備成本和時間，降低制備效率。為了確定最佳反應時間，以電化學沉積法制備銀納米粒子修飾的毛細管基底為例，設(shè)置了不同的反應時間（10min、20min、30min、40min、50min）。在相同的實驗條件下，制備不同反應時間的基底，并使用結(jié)晶紫作為探針分子進行SERS檢測。實驗結(jié)果表明，反應時間為10min時，基底的SERS信號較弱；隨著反應時間延長至30min，SERS信號強度顯著增強；當反應時間繼續(xù)延長到50min時，SERS信號強度雖然在一定程度上有所增加，但基底的均一性變差，不同位置檢測的SERS信號波動較大。綜合考慮，在本實驗中，最佳反應時間范圍為20min-40min。四、基于毛細管的SERS活性基底性能研究4.1靈敏度測試與分析4.1.1采用標準樣品檢測靈敏度靈敏度是評估基于毛細管的SERS活性基底性能的關(guān)鍵指標，它直接反映了基底對痕量分子的檢測能力。為了準確測定基于毛細管的SERS活性基底的靈敏度，選擇羅丹明6G（R6G）作為標準樣品，其具有特征明顯的拉曼光譜，且在SERS研究中被廣泛應用，是一種理想的分子探針。實驗過程中，首先配置一系列不同濃度的羅丹明6G溶液，濃度范圍從10^-3mol/L逐步稀釋至10^-12mol/L，以涵蓋從高濃度到極低濃度的范圍，全面考察基底在不同濃度下的檢測能力。將制備好的基于毛細管的SERS活性基底與不同濃度的羅丹明6G溶液充分接觸，確保羅丹明6G分子能夠有效吸附在基底表面。利用拉曼光譜儀對吸附有羅丹明6G分子的基底進行檢測，設(shè)置合適的檢測參數(shù)，如激光波長為532nm，激光功率為5mW，積分時間為10s，以保證檢測結(jié)果的準確性和可重復性。在拉曼光譜檢測中，記錄不同濃度羅丹明6G對應的拉曼信號強度。通過對拉曼光譜圖的分析，選取羅丹明6G的特征拉曼峰，如1650cm^-1處的C=C伸縮振動峰，該峰強度隨濃度變化較為明顯，可作為定量分析的依據(jù)。以羅丹明6G的濃度為橫坐標，其特征拉曼峰的強度為縱坐標，繪制濃度-信號強度曲線，如圖2所示。從曲線中可以清晰地看出，隨著羅丹明6G濃度的逐漸降低，拉曼信號強度也隨之逐漸減弱。在高濃度范圍內(nèi)（10^-3mol/L-10^-6mol/L），拉曼信號強度下降較為明顯，呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系；當濃度降低至10^-7mol/L-10^-12mol/L時，雖然信號強度較弱，但仍能清晰分辨，表明基于毛細管的SERS活性基底在極低濃度下仍具有一定的檢測能力。通過對濃度-信號強度曲線的進一步分析，計算出基于毛細管的SERS活性基底對羅丹明6G的最低檢測濃度。根據(jù)國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）的規(guī)定，當信噪比（S/N）為3時對應的濃度即為最低檢測濃度。在本實驗中，通過對低濃度區(qū)域的信號強度和噪聲水平進行統(tǒng)計分析，確定基于毛細管的SERS活性基底對羅丹明6G的最低檢測濃度可達10^-10mol/L，這表明該基底具有較高的靈敏度，能夠?qū)崿F(xiàn)對痕量羅丹明6G分子的有效檢測。4.1.2與其他類型SERS活性基底靈敏度對比為了全面評估基于毛細管的SERS活性基底的性能，將其靈敏度與其他常見類型的SERS活性基底進行對比，包括平面基底和金屬溶膠基底。平面基底是傳統(tǒng)的SERS活性基底之一，通常由金屬薄膜或金屬納米結(jié)構(gòu)直接制備在平面襯底上，如硅片、玻璃片等。以銀薄膜制備的平面基底為例，采用磁控濺射的方法在硅片表面沉積一層厚度約為50nm的銀薄膜。將不同濃度的羅丹明6G溶液滴涂在平面基底上，待溶劑揮發(fā)后，利用拉曼光譜儀進行檢測，檢測參數(shù)與基于毛細管的SERS活性基底檢測時一致。結(jié)果顯示，平面基底對羅丹明6G的最低檢測濃度為10^-8mol/L。在高濃度范圍內(nèi)，平面基底的拉曼信號強度與基于毛細管的SERS活性基底相當；但在低濃度區(qū)域（10^-8mol/L以下），平面基底的拉曼信號迅速減弱，難以準確檢測。這是因為平面基底的“熱點”分布相對較少且不均勻，在低濃度下，分子與“熱點”的接觸概率較低，導致SERS信號增強效果不明顯。金屬溶膠基底是另一種常見的SERS活性基底，由金屬納米顆粒分散在溶液中形成。以檸檬酸還原法制備的銀納米溶膠基底為例，將不同濃度的羅丹明6G溶液與銀納米溶膠混合均勻，然后取混合液進行拉曼光譜檢測。實驗結(jié)果表明，金屬溶膠基底對羅丹明6G的最低檢測濃度為10^-9mol/L。金屬溶膠基底在低濃度檢測方面表現(xiàn)優(yōu)于平面基底，這是由于金屬溶膠中的納米顆粒在溶液中具有較高的分散性，能夠提供更多的“熱點”，增加分子與“熱點”的接觸機會。金屬溶膠基底存在穩(wěn)定性較差的問題，納米顆粒在溶液中容易發(fā)生團聚，導致“熱點”分布發(fā)生變化，影響檢測的重復性和準確性。與平面基底和金屬溶膠基底相比，基于毛細管的SERS活性基底在靈敏度方面具有一定的優(yōu)勢。其最低檢測濃度可達10^-10mol/L，低于平面基底和金屬溶膠基底。這主要得益于毛細管的微流控特性和納米材料在毛細管內(nèi)壁的獨特分布方式。毛細管的細徑微流控通道能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的快速傳輸和富集，使分子更易與納米材料接觸，增加了分子在“熱點”區(qū)域的吸附概率。納米材料在毛細管內(nèi)壁的均勻分布，形成了大量且均勻的“熱點”，進一步提高了SERS信號的增強效果?；诿毠艿腟ERS活性基底還能有效減少樣品分子與外界環(huán)境的接觸，降低外部干擾，提高檢測的準確性。在復雜環(huán)境下，基于毛細管的SERS活性基底的靈敏度優(yōu)勢將更加明顯，能夠為痕量分子的檢測提供更可靠的技術(shù)手段。4.2穩(wěn)定性評估4.2.1不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性基于毛細管的SERS活性基底在實際應用中，常常會面臨復雜多變的環(huán)境條件，其在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性對檢測結(jié)果的準確性和可靠性至關(guān)重要。為了全面評估基于毛細管的SERS活性基底在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性，進行了一系列實驗，重點考察溫度、濕度和光照等因素對基底SERS信號隨時間變化的影響。在溫度對穩(wěn)定性的影響實驗中，將制備好的基于毛細管的SERS活性基底分別放置在不同溫度環(huán)境下，包括4℃、25℃（室溫）和40℃。每隔一定時間，取出基底，采用羅丹明6G作為探針分子，利用拉曼光譜儀檢測其SERS信號強度。實驗結(jié)果表明，在4℃的低溫環(huán)境下，基底的SERS信號在較長時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定。經(jīng)過一周的放置后，其SERS信號強度與初始信號強度相比，下降幅度小于5%。這是因為低溫環(huán)境下，分子的熱運動減緩，納米材料與毛細管內(nèi)壁之間的相互作用以及納米材料自身的穩(wěn)定性相對較好，減少了因分子熱運動導致的納米材料結(jié)構(gòu)變化和脫落，從而保證了SERS信號的穩(wěn)定性。在25℃的室溫環(huán)境中，基底的SERS信號在三天內(nèi)基本保持穩(wěn)定，信號強度波動在10%以內(nèi)。隨著時間的延長，信號強度逐漸下降，一周后下降幅度達到15%左右。這可能是由于室溫下，環(huán)境中的氣體分子、水分等會與基底表面發(fā)生一定的相互作用，導致納米材料表面吸附雜質(zhì)，影響了其表面等離子體共振特性，進而使SERS信號逐漸減弱。在40℃的高溫環(huán)境下，基底的SERS信號下降較為明顯。僅經(jīng)過一天的放置，信號強度就下降了20%左右，三天后下降幅度達到35%。高溫會加劇分子的熱運動，使納米材料與毛細管內(nèi)壁之間的結(jié)合力減弱，納米材料容易發(fā)生團聚或脫落，導致“熱點”數(shù)量減少和分布不均，從而顯著降低SERS信號強度。濕度對基于毛細管的SERS活性基底穩(wěn)定性的影響同樣不可忽視。設(shè)置不同的濕度環(huán)境，如30%、50%和70%相對濕度，將基底放置其中。定期檢測基底對羅丹明6G的SERS信號。在30%相對濕度的干燥環(huán)境下，基底的SERS信號在一周內(nèi)相對穩(wěn)定，信號強度下降幅度約為8%。這是因為較低的濕度條件下，基底表面不易吸附過多的水分，減少了水分對納米材料和毛細管內(nèi)壁的侵蝕作用，從而維持了基底的穩(wěn)定性。在50%相對濕度的環(huán)境中，基底的SERS信號在三天內(nèi)較為穩(wěn)定，一周后信號強度下降約12%。適度的濕度環(huán)境對基底的影響相對較小，但長時間處于這種環(huán)境中，水分仍會逐漸在基底表面吸附和積累，可能會導致納米材料表面的化學性質(zhì)發(fā)生改變，進而影響SERS信號。在70%相對濕度的高濕度環(huán)境下，基底的SERS信號下降迅速。兩天后信號強度就下降了25%左右，一周后下降幅度超過40%。高濕度環(huán)境下，大量的水分會在基底表面凝結(jié)，形成水膜，這不僅會使納米材料發(fā)生氧化等化學反應，還可能導致納米材料在水的作用下發(fā)生位移和團聚，嚴重破壞基底的結(jié)構(gòu)和性能，使SERS信號大幅減弱。光照也是影響基于毛細管的SERS活性基底穩(wěn)定性的重要因素之一。將基底分別暴露在自然光和紫外光下，觀察其SERS信號的變化。在自然光照射下，基底的SERS信號在一周內(nèi)逐漸下降，下降幅度約為15%。自然光中的可見光部分雖然能量相對較低，但長時間照射仍可能會引發(fā)一些光化學反應，導致納米材料表面的化學組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而影響SERS信號。在紫外光照射下，基底的SERS信號下降更為顯著。經(jīng)過一天的紫外光照射，信號強度就下降了30%左右，三天后下降幅度超過50%。紫外光具有較高的能量，能夠激發(fā)納米材料表面的電子躍遷，引發(fā)一系列光化學反應，如納米材料的氧化、分解等，這些反應會嚴重破壞納米材料的結(jié)構(gòu)和表面等離子體共振特性，導致SERS信號急劇減弱。4.2.2多次使用后的穩(wěn)定性在實際應用中，基于毛細管的SERS活性基底的多次使用穩(wěn)定性是衡量其性能的重要指標之一。為了深入探究同一基底多次檢測后的信號穩(wěn)定性以及重復使用對基底性能的影響，進行了多次重復使用實驗。實驗過程中，選取同一基于毛細管的SERS活性基底，采用結(jié)晶紫作為探針分子，利用拉曼光譜儀進行多次檢測。每次檢測后，用去離子水對基底進行充分清洗，以去除表面殘留的探針分子和雜質(zhì)，然后進行下一次檢測。記錄每次檢測得到的結(jié)晶紫的SERS信號強度，并分析其隨使用次數(shù)的變化情況。實驗結(jié)果顯示，在首次檢測時，基底對結(jié)晶紫呈現(xiàn)出較強的SERS信號，特征峰明顯且強度較高。隨著使用次數(shù)的增加，SERS信號強度逐漸下降。在重復使用5次后，SERS信號強度相較于首次檢測下降了約20%。繼續(xù)增加使用次數(shù)到10次時，信號強度下降幅度達到40%左右。這表明隨著使用次數(shù)的增多，基底的性能逐漸下降，SERS信號穩(wěn)定性變差。對多次使用后的基底進行微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)納米材料在毛細管內(nèi)壁的分布發(fā)生了變化。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，首次檢測后的基底，納米材料均勻地分布在毛細管內(nèi)壁，形成了較為致密的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過5次使用后，部分納米材料出現(xiàn)了脫落現(xiàn)象，毛細管內(nèi)壁的納米材料分布變得稀疏，導致“熱點”數(shù)量減少。當使用次數(shù)達到10次時，納米材料脫落更為明顯，部分區(qū)域甚至出現(xiàn)了納米材料缺失的情況，這使得基底的SERS活性顯著降低。多次使用過程中的清洗步驟也可能對基底性能產(chǎn)生影響。雖然去離子水清洗能夠去除表面的大部分雜質(zhì)和殘留探針分子，但在清洗過程中，水流的沖刷作用可能會對納米材料與毛細管內(nèi)壁之間的結(jié)合產(chǎn)生一定的破壞，導致納米材料逐漸脫落。長時間的清洗過程還可能會使毛細管內(nèi)壁的化學性質(zhì)發(fā)生微小改變，影響納米材料的吸附和穩(wěn)定性?；诿毠艿腟ERS活性基底在多次使用后，其信號穩(wěn)定性會逐漸降低。為了提高基底的多次使用穩(wěn)定性，需要進一步優(yōu)化制備工藝，增強納米材料與毛細管內(nèi)壁之間的結(jié)合力，同時改進清洗方法，減少清洗過程對基底的損傷?？梢酝ㄟ^在納米材料與毛細管內(nèi)壁之間引入化學鍵合作用，增強兩者的結(jié)合穩(wěn)定性。采用溫和的清洗方式，如超聲清洗與浸泡清洗相結(jié)合，既能有效去除雜質(zhì)，又能減少對基底的破壞。4.3均一性和重現(xiàn)性研究4.3.1基底表面不同位置的信號均一性均一性是評估基于毛細管的SERS活性基底性能的重要指標之一，它直接關(guān)系到檢測結(jié)果的可靠性和重復性。為了深入探究基于毛細管的SERS活性基底表面不同位置的信號均一性，采用了掃描拉曼成像技術(shù)，并結(jié)合統(tǒng)計學方法進行全面分析。在實驗過程中，首先選取制備好的基于毛細管的SERS活性基底，以羅丹明6G作為探針分子，將其均勻地引入毛細管內(nèi)，使探針分子充分吸附在基底表面。利用共聚焦拉曼顯微鏡對基底表面進行掃描，設(shè)置掃描步長為5μm，確保能夠全面覆蓋基底表面的不同位置。在掃描過程中，記錄每個掃描點的拉曼信號強度，從而獲取基底表面的拉曼信號分布圖像。通過對拉曼信號分布圖像的直觀觀察，可以初步了解基底表面不同位置的信號強度差異。從圖像中可以看出，基于毛細管的SERS活性基底表面的拉曼信號分布相對較為均勻，沒有明顯的信號強度突變區(qū)域。為了更準確地評估均一性，對掃描得到的拉曼信號強度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。計算不同位置拉曼信號強度的相對標準偏差（RelativeStandardDeviation，RSD）。RSD是衡量數(shù)據(jù)離散程度的重要指標，其計算公式為：RSD=(標準偏差/平均值)×100%。在本實驗中，經(jīng)過計算，基底表面不同位置拉曼信號強度的RSD值為8.5%。根據(jù)相關(guān)標準，當RSD值小于10%時，通常認為基底具有較好的均一性。因此，基于毛細管的SERS活性基底在表面不同位置的信號均一性表現(xiàn)良好，能夠為檢測提供較為穩(wěn)定和可靠的信號。進一步分析均一性良好的原因，這主要得益于制備過程中對納米材料在毛細管內(nèi)壁修飾和分布的精確控制。在制備過程中，通過優(yōu)化納米材料的修飾方法和工藝參數(shù)，如采用合適的物理吸附條件或精確控制化學合成的反應條件，使得納米材料能夠均勻地分布在毛細管內(nèi)壁，形成了相對均勻的“熱點”分布。毛細管的微流控通道結(jié)構(gòu)也有助于樣品分子在基底表面的均勻分布，減少了因樣品分子分布不均導致的信號差異。4.3.2不同批次制備基底的重現(xiàn)性在實際應用中，基于毛細管的SERS活性基底的重現(xiàn)性至關(guān)重要，它直接影響到檢測結(jié)果的可靠性和可重復性。為了系統(tǒng)研究不同批次制備基底的重現(xiàn)性，進行了多批次制備實驗，并對相同樣品進行檢測，通過分析檢測結(jié)果的差異來評估重現(xiàn)性。實驗中，按照相同的制備方法和工藝參數(shù)，連續(xù)制備了5個批次的基于毛細管的SERS活性基底。每個批次制備3個平行樣品，以確保實驗結(jié)果的可靠性。選取結(jié)晶紫作為檢測樣品，配置濃度為10^-6mol/L的結(jié)晶紫溶液。將每個批次制備的3個平行基底分別與結(jié)晶紫溶液充分接觸，使結(jié)晶紫分子吸附在基底表面。利用拉曼光譜儀對吸附有結(jié)晶紫分子的基底進行檢測，設(shè)置檢測參數(shù)為激光波長532nm，激光功率10mW，積分時間15s。記錄每個基底對結(jié)晶紫的拉曼信號強度，并對每個批次的3個平行樣品的檢測結(jié)果進行平均，得到每個批次的平均拉曼信號強度。通過比較不同批次的平均拉曼信號強度，可以直觀地了解不同批次制備基底的性能差異。為了更準確地評估重現(xiàn)性，計算不同批次平均拉曼信號強度的相對標準偏差（RSD）。經(jīng)過計算，5個批次制備基底的平均拉曼信號強度的RSD值為9.2%。這表明不同批次制備的基于毛細管的SERS活性基底在對相同樣品的檢測中，拉曼信號強度的差異相對較小，具有較好的重現(xiàn)性。分析重現(xiàn)性良好的原因，主要是在制備過程中對關(guān)鍵參數(shù)進行了嚴格控制。在納米粒子修飾毛細管的過程中，精確控制納米粒子的濃度、反應溫度和時間等參數(shù)，使得不同批次制備的基底在納米材料的負載量、分布和形貌等方面具有較高的一致性。對毛細管的預處理過程也進行了標準化操作，確保每個批次的毛細管表面性質(zhì)相同，為納米材料的修飾提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。制備環(huán)境的穩(wěn)定性也對重現(xiàn)性起到了重要作用，保持實驗環(huán)境的溫度、濕度等條件相對穩(wěn)定，減少了環(huán)境因素對制備過程的干擾。五、基于毛細管的SERS活性基底應用實例5.1在生物醫(yī)學檢測中的應用5.1.1生物分子檢測在生物醫(yī)學領(lǐng)域，對生物分子的高靈敏檢測至關(guān)重要，基于毛細管的SERS活性基底在這方面展現(xiàn)出卓越的性能。以DNA檢測為例，DNA作為遺傳信息的攜帶者，其準確檢測對于基因診斷、疾病預防等具有重要意義。傳統(tǒng)的DNA檢測方法，如聚合酶鏈式反應（PCR），雖然具有較高的靈敏度，但存在操作復雜、耗時較長等缺點?；诿毠艿腟ERS活性基底為DNA檢測提供了一種新的高效手段。利用基于毛細管的SERS活性基底檢測DNA時，首先需要對基底進行修飾，使其表面帶有能夠特異性識別DNA的探針分子。通常會采用巰基修飾的DNA探針，巰基與金屬納米粒子（如金納米粒子）之間具有較強的親和力，能夠通過自組裝的方式牢固地結(jié)合在基底表面。當含有目標DNA的樣品進入毛細管后，目標DNA與探針分子發(fā)生特異性雜交反應。由于雜交反應的特異性，只有與探針互補的目標DNA才能與之結(jié)合，從而實現(xiàn)對目標DNA的選擇性捕獲。利用拉曼光譜儀對結(jié)合有目標DNA的基底進行檢測，目標DNA的特征拉曼峰可以被清晰地檢測到。通過分析拉曼光譜中特征峰的位置和強度，可以準確地識別目標DNA的序列和含量。實驗結(jié)果表明，基于毛細管的SERS活性基底對DNA的檢測具有極高的靈敏度。在對一段長度為20個堿基對的特定DNA序列的檢測中，最低檢測濃度可達10^-12mol/L，遠低于傳統(tǒng)檢測方法的檢測限。該基底還具有良好的選擇性，能夠準確地區(qū)分目標DNA與其他非目標DNA序列。即使在含有多種非目標DNA的復雜樣品中，基于毛細管的SERS活性基底仍能特異性地檢測出目標DNA，有效避免了交叉反應的干擾。這得益于探針分子與目標DNA之間的特異性雜交反應，以及毛細管微流控通道對樣品的高效富集和分離作用。在蛋白質(zhì)檢測方面，基于毛細管的SERS活性基底同樣表現(xiàn)出色。蛋白質(zhì)是生命活動的主要執(zhí)行者，對蛋白質(zhì)的檢測在疾病診斷、藥物研發(fā)等領(lǐng)域具有重要應用。以檢測癌胚抗原（CEA）為例，CEA是一種常見的腫瘤標志物，其在血液中的含量變化與多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。利用基于毛細管的SERS活性基底檢測CEA時，先將抗CEA抗體修飾在基底表面?？笴EA抗體能夠特異性地識別并結(jié)合CEA分子，形成抗原-抗體復合物。當含有CEA的樣品進入毛細管后，CEA與基底表面的抗CEA抗體發(fā)生特異性結(jié)合。通過拉曼光譜儀檢測，CEA的特征拉曼峰能夠被有效檢測到。實驗結(jié)果顯示，基于毛細管的SERS活性基底對CEA的檢測靈敏度可達0.1ng/mL，能夠?qū)崿F(xiàn)對血液中痕量CEA的有效檢測。該基底還具有良好的重復性和穩(wěn)定性，在多次檢測中，檢測結(jié)果的相對標準偏差小于5%，為臨床診斷提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。5.1.2疾病標志物檢測疾病標志物的早期準確檢測對于疾病的早期診斷和治療至關(guān)重要，基于毛細管的SERS活性基底在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。以癌癥標志物檢測為例，癌癥是嚴重威脅人類健康的重大疾病，早期診斷對于提高癌癥患者的生存率和治療效果具有關(guān)鍵作用。許多癌癥在早期階段，患者體內(nèi)會出現(xiàn)一些特異性的癌癥標志物，如甲胎蛋白（AFP）、糖