一种氧化锌基热电SERS基底及其制备方法和在检测中的应用

本发明属于拉曼检测，涉及一种氧化锌基热电sers基底及其制备方法和在检测中的应用，具体涉及氧化锌基热电sers基底及其制备方法和在检测新冠病毒和/或微塑料中的应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、近年来，病毒和环境问题肆虐，严重危害人类健康。sars-cov-2病毒自2019年首次被发现以来，已在全球范围内造成感染，感染者会发烧以及全身疼痛，甚至会导致死亡。sars-cov-2检测方法主要有核酸检测法和免疫学检测法，然而核酸检测法和免疫学检测方法无法实时、快速的进行检测。除病毒外，空气污染物也对人类健康产生了极大影响，其中微塑料，即大小在5毫米以下的塑料颗粒或纤维，可通过常用的生活用品(水杯、饭盒、饮用水瓶)或空气进入人体，从而在人体中蓄积，危害人体健康。环境和病毒问题日益收到关注。

3、表面增强拉曼散射(sers)技术是一种无损的超灵敏的分析技术，其通过物质内特殊基团的特征振动峰准确、灵敏的对物质进行特异性鉴定。在长期的sers研究中，发现贵金属(au、ag、cu)能够表现出很强的sers效应，使其成为了sers基底研究的热点。但是单纯的贵金属sers基底功能单一，其发展受到极大的限制。虽然sers技术具有较高的灵敏度，但是将其应用于空气中的低浓度病毒和污染物检测时，由于尺寸较大，其信号强度仍受到浓度限制，导致检测效果变差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氧化锌基热电sers基底及其制备方法和在检测中的应用。本发明在透明柔性薄膜聚二甲基硅氧烷(pdms)上生长氧化锌纳米线阵列(zno nrs)，再将石墨烯修饰在zno nrs的顶部，并在石墨烯的顶部蒸镀银纳米颗粒(ag nps)，形成ag nps/graphene/zno nrs(agz)基底。所制备的基底均匀性极好，在检测新冠病毒表面s蛋白和微塑料时具有极强的sers灵敏度。将基底贴在口罩呼吸阀上，可收集呼出的新冠病毒和空气中的微塑料，并可以通过呼气与环境形成温度梯度，进一步提高新冠病毒和空气中的微塑料的sers信号。使用便携式拉曼光谱仪不用摘下口罩就能实现新冠感染情况和空气中微塑料污染的实时检测。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种氧化锌基热电sers基底，包括聚二甲基硅氧烷薄膜和依次修饰在聚二甲基硅氧烷薄膜上的zno纳米棒阵列、石墨烯和银纳米颗粒。

4、优选的，所述zno纳米棒阵列中的zno纳米棒高度为1.5-2.0μm，直径为100-120nm。

5、优选的，所述石墨烯为单层石墨烯。

6、优选的，所述银纳米颗粒的直径为20-30nm。

7、第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的氧化锌基热电sers基底的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、将pdms与结合剂混合后搅拌获得凝胶，凝胶涂于模板后经静置、干燥、剥离获得pdms薄膜；

9、s2、在pdms薄膜上磁控溅射氧化锌种子后放入含有次甲基四氨和硝酸锌的溶液中，水热反应，在pdms薄膜上生长zno纳米棒阵列；

10、s3、生长石墨烯并将石墨烯转移至zno纳米棒阵列上；

11、s4、通过蒸镀在石墨烯上沉积银纳米颗粒，即得氧化锌基热电sers基底。

12、优选的，步骤s2中，溶液中次甲基四氨为0.04-0.06m，硝酸锌的浓度为0.04-0.06m，水热反应的温度为85-95℃，时间为11-13h。

13、优选的，步骤s3中，生长石墨烯的方法具体为：以甲烷为碳源于990-1010℃下保温110-130min，在金属箔上生长石墨烯。

14、第三方面，本发明提供了如第一方面所述的氧化锌基热电sers基底在检测新冠病毒和/或微塑料中的应用。

15、第四方面，本发明提供了一种可穿戴设备，包括具有呼吸阀的口罩和如第一方面所述的氧化锌基热电sers基底，所述氧化锌基热电sers基底贴合在所述口罩的呼吸阀上。

16、第五方面，本发明提供了一种新冠病毒和/或微塑料的检测方法，使用便携式拉曼光谱仪对如第四方面所述的可穿戴设备的拉曼光谱进行检测，得到新冠病毒和/或微塑料的浓度。

17、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

18、本发明将氧化锌纳米棒阵列(zno nrs)与石墨烯和银纳米颗粒结合，获得了具有优异的sers表现的氧化锌基热电sers基底，利用zno的热电性能，通过给予zno一个温度梯度可以使其内部电子发生定向迁移，进一步增强sers信号。将该基底贴合在口罩的呼吸阀上，可以用于收集新冠病毒和微塑料，具有优异的检测灵敏度。并且通过人体呼吸使基底产生温度梯度进一步增强吸附分子的sers信号。

19、本发明的氧化锌基热电sers基底具有成本低、制备过程简单、重复性好、易于批量生产的优势，可以实现新冠病毒和微塑料高效的检测。

技术特征：

1.一种氧化锌基热电sers基底，其特征在于，包括聚二甲基硅氧烷薄膜和依次修饰在聚二甲基硅氧烷薄膜上的zno纳米棒阵列、石墨烯和银纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的氧化锌基热电sers基底，其特征在于，所述zno纳米棒阵列中的zno纳米棒高度为1.5-2.0μm，直径为100-120nm。

3.如权利要求1所述的氧化锌基热电sers基底，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨烯。

4.如权利要求1所述的氧化锌基热电sers基底，其特征在于，所述银纳米颗粒的直径为20-30nm。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的氧化锌基热电sers基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，溶液中次甲基四氨为0.04-0.06m，硝酸锌的浓度为0.04-0.06m，水热反应的温度为85-95℃，时间为11-13h。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，生长石墨烯的方法具体为：以甲烷为碳源于990-1010℃下保温110-130min，在金属箔上生长石墨烯。

8.如权利要求1-4任一项所述的氧化锌基热电sers基底在检测新冠病毒和/或微塑料中的应用。

9.一种可穿戴设备，其特征在于，包括具有呼吸阀的口罩和如权利要求1-4任一项所述的氧化锌基热电sers基底，所述氧化锌基热电sers基底贴合在所述口罩的呼吸阀上。

10.一种新冠病毒和/或微塑料的检测方法，其特征在于，使用便携式拉曼光谱仪对如权利要求9所述的可穿戴设备的拉曼光谱进行检测，得到新冠病毒和/或微塑料的浓度。

技术总结
本发明属于拉曼检测技术领域，涉及一种氧化锌基热电SERS基底及其制备方法和在检测中的应用。氧化锌基热电SERS基底包括聚二甲基硅氧烷薄膜和依次修饰在聚二甲基硅氧烷薄膜上的ZnO纳米棒阵列、石墨烯和银纳米颗粒。本发明在PDMS薄膜上生长ZnO NRs，再将石墨烯修饰在ZnO NRs的顶部，并在石墨烯的顶部蒸镀Ag NPs，形成AGZ基底。所制备的基底均匀性极好，在检测新冠病毒表面S蛋白和微塑料时具有极强的SERS灵敏度。将基底贴在口罩呼吸阀上，可收集呼出的新冠病毒和空气中的微塑料，并可以通过呼气与环境形成温度梯度，进一步提高新冠病毒和空气中的微塑料的SERS信号。使用便携式拉曼光谱仪不用摘下口罩就能实现新冠感染情况和空气中微塑料污染的实时检测。

技术研发人员：张骁喆,李振,杜保强,张超,赵晓菲,郁菁
受保护的技术使用者：山东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31