Получение композитного материала на основе трековых мембран и наночастиц серебра различной формы

Цели. Изучение влияния формы наночастиц на эффект гигантского комбинационного рассеяния света при осаждении их на трековые мембраны. В дальнейшем полученный композитный материал может использоваться в качестве подложки для сенсоров, работа которых основана на эффекте гигантского комбинационного рассеяния света.

Методы. Наночастицы серебра получали методом восстановления ионов серебра в растворе при различных условиях. Наночастицы из полученных коллоидных растворов осаждали на модифицированные полиэтиленимином полиэтилентерефталатные трековые мембраны. Для исследования образцов использовали спектроскопию поглощения в ультрафиолетовой и видимой области, растровую и просвечивающую электронные микроскопии, лазерный допплеровский микроэлектрофорез, спектроскопию комбинационного рассеяния.

Результаты. Синтезированы наночастицы серебра сферической, треугольной формы и в форме нанопроволок, определены размеры и дзета-потенциал наночастиц. Полученные наночастицы осаждены на поверхность трековых мембран. Для образцов композитных мембран рассчитаны относительные коэффициенты усиления сигнала комбинационного рассеяния света тестового вещества 4-аминотиофенола по отношению к подложке с известным коэффициентом усиления.

Выводы. Показано, что при переходе от сферической формы наночастиц к различным несферическим усиливается эффект гигантского комбинационного рассеяния света. Наибольшее значение относительного коэффициента усиления составило 4 · 10⁷ на композитной мембране с серебряными нанопроволоками.

1. Yang J., Chen S., Pan M., Ding Yu., Wang Sh. Plasmon AgNPs/MoS2/ZnO nanorods array ternary heterojunctions enabling high-efficiency solar-light energy utilization for photocatalysis and recyclable SERS detection. Anal. Chim. Acta. 2024;1309:342668. https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.342668

2. Han Sh., Cheng Ch., Chen Ch., Wang J., Zhao X., Wang X., Lv X., Jia Zh., Hou J. Sandwich-like CuNPs@AgNPs@PSB SERS substrates for sensitive detection of R6G and Forchlorfenuron. Spectrochim. Acta A. 2024;314:124178. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.124178

3. Li Ch., Man B., Zhang Ch., Yu J., Liu G., Tian M., Li Zh., Zhao X., Wang Zh., Cui W., Wang T., Wang J., Lin X., Xu Sh. Strong plasmon resonance coupling in micro-extraction SERS membrane for in situ detection of molecular aqueous solutions. Sens. Actuators B.: Chem. 2024;398:134767. https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134767

4. Liu K., Feng W., Li Ya., Han D., Wu T., Li K., Yang Sh. Innovative Synthesis of Adhesive-Assisted and Recyclable Fe3O4@PD-Ag Photomagnetic Nanocomposites as SERS probes for Ultrasensitive Thiram Detection on Fruit Peels. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2024;454:115696. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2024.115696

5. Zhang F., Wang Yu., Yang B., Liu J., Yuan Yu., Bi Sh. SERS detection of apramycin and kanamycin through sliver nanoparticles modified with β-cyclodextrin and α-iron oxide. Spectrochim. Acta A. 2024;304:123375. https://doi.org/10.1016/j.saa.2023.123375

6. Baruah P., Singh A., Rangan L., Sharma A., Khare A. Optimization of copper nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation in distilled water as a viable SERS substrate for karanjin. Mater. Chem. Phys. 2018;220:111–117. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.08.064

7. Vijayakumar S., Venkatakrishnan K., Tan B. SERS active nanobiosensor functionalized by self-assembled 3D nickel nanonetworks for glutathione detection. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017;9(6):5077–5091. https://doi.org/10.1021/acsami.6b13576

8. Karn-orachai K., Sanguansap Ya., Pankleaub K., Noppha O., Wiriyakun N., Kanatharana P., Laocharoensuk R. Internal magnetic driven self-assembly of gold-nickel nanowires as SERS substrate for thiram fungicide detection using handheld Raman spectrometer. Appl. Surf. Sci. 2020;529:147236. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147236

9. Ciou Sh., Cao Y., Huang H., Su D., Huang Ch. SERS Enhancement Factors Studies of Silver Nanoprism and Spherical Nanoparticle Colloids in The Presence of Bromide Ions. J. Phys. Chem. C. 2009;113(22):9520–9525. https://doi.org/10.1021/jp809687v

10. Hoang L., Pham H., Nguyen M. Investigation of the Factors Influencing the Surface-Enhanced Raman Scattering Activity of Silver Nanoparticles. J. Electron. Mater. 2020;49: 1864–1871. https://doi.org/10.1007/s11664-019-07870-8

11. Uetsuki K., Verma P., Yano T., Saito Yu., Ichimura T., Kawata S. Experimental Identification of Chemical Effects in Surface Enhanced Raman Scattering of 4-Aminothiophenol. J. Phys. Chem. C. 2010;114(16):7515–7520. https://doi.org/10.1021/jp9114805

12. Hao E., Schatz G. Electromagnetic fields around silver nanoparticles and dimers. J. Chem. Phys. 2004;120(1): 357–366. https://doi.org/10.1063/1.1629280

13. Pham N., Tran Qu., Luong H., Nguyen Th., Bui T., Duy L., Dang V., Thi Th., Tran C. SERS behaviors of multi-shape silver nanoparticles on Si substrate– An insight from both experimental and theoretical approaches. Colloids Surf. A. 2024;684:133091. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.133091

14. Wiley B., Sun Yu., MayersB., XiaYo. Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanostructures: The Case of Silver. Chem. Eur. J. 2005;11(2):454–463. https://doi.org/10.1002/chem.200400927

15. Murphy C., Sau T., Gole A., Orendorff Ch., Gao J., Gou L., et al. Anisotropic Metal Nanoparticles: Synthesis, Assembly, and Optical Applications. J. Phys. Chem. B. 2005;109(29): 13857–13870. https://doi.org/10.1021/jp0516846

16. Jana N., Gearheart L., Murphy C. Wet chemical synthesis of silver nanorods and nanowires of controllable aspect ratio. Chem. Commun. 2001;(7)617–618. https://doi.org/10.1039/b100521i

17. Agnihotri Sh., Mukherji S., Mukherji S. Immobilized silver nanoparticles enhance contact killing and show highest efficacy: elucidation of the mechanism of bactericidal action of silver. Nanoscale. 2013;5(16):7328–7340. https://doi.org/10.1039/C3NR00024A

18. Apel P. Fabrication of functional micro- and nanoporous materials from polymers modified by swift heavy ions. Radiat. Phys. Chem. 2019;159:25–34. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.01.009

19. Lee P., Meisel D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. J. Phys. Chem. 1982;86(17): 3391–3395. https://doi.org/10.1021/j100214a025

20. Фурлетов А.А., Апяри В.В., Гаршев А.В., Волков П.А., Толмачева В.В. Дмитриенко С.Г. Сорбция треугольных нанопластинок серебра на пенополиуретане. Журн. физ. химии. 2018;92(2):318–322.

21. Chang Yu., Lu I., Chen Ch., Hsieh Y., Wu P. High-yield waterbased synthesis of truncated silver nanocubes. J. Alloys Compd. 2014;586:507–511. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.10.047

22. Криставчук О.В., Никифоров И.В., Кукушкин В.И., Нечаев А.Н., Апель П.Ю. Иммобилизация наночастиц серебра, полученных электроискровым методом, на поверхности трековых мембран. Коллоидный журнал. 2017;79(5): 596–605. https://doi.org/10.7868/S0023291217050093

23. Sarina S., Waclaik E., Zhu H. Photocatalysis on supported gold and silver nanoparticles under ultraviolet and visible light irradiation. Green Chem. 2013;15(7):1814–1833. https://doi.org/10.1039/C3GC40450A

24. Jiang X., Zeng Q., Yu A. Thiol-Frozen Shape Evolution of Triangular Silver Nanoplates. Langmuir. 2007;23(4): 2218–2223. https://doi.org/10.1021/la062797z

25. Luu Qu., Doorn J., Berry M., Jiang Ch., Lin C., May S. Preparation and optical properties of silver nanowires and silver-nanowire thin films. J.Colloid Interface Sci. 2011;356(1): 151–158. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2010.12.077

26. Bistričić L., Borjanović V., Leskovac M., Mikac L., McGuire G.E., Shenderova O., Nunn N. Raman spectra, thermal and mechanical properties of poly(ethylene terephthalate) carbon-based nanocomposite films. J. Polym. Res. 2015;22:39. https://doi.org/10.1007/s10965-015-0680-z

27. Ratkajec A., Kenđel A. Structural characterization of 4-aminothiophenol in silver and gold colloids using surface-enhanced Raman scattering. Croat. Chem. Acta. 2024;97(2):77–85. https://doi.org/10.5562/cca4107