西北工业大学Xin Liu等–通过增强电荷转移和热点效应的柔性MXene/氧化石墨烯纤维进行高效的多路无标记检测

集成采样和分析过程的传感器是分析化学、环境保护和国家安全的关键。然而，实现可靠和灵敏地大规模快速筛选目标分析物仍然具有挑战性。在此，我们通过油水界面的自组装策略，在柔性Ti₃C₂Tx MXene/氧化石墨烯(MG)纤维上构建密集均匀的等离子体热点，展示了一种鲁棒的表面增强拉曼散射(SERS)传感器。所制备的SERS底物具有超低的检测限(LOD，1 × 10^-15 M， R6G)、出色的灵敏度(EF = 1.53 × 10¹²)和高稳定性(RSD = 9.47%，储存60天以上)。SERS实验和理论模拟表明，酸化Ti₃C₂Tx MXene进一步激发了体系的电荷转移(CT)共振，而组装的Ag纳米结构产生了较大的电磁场增强。因此，光纤传感器不仅实现了多路、强大的农药残留检测(LOD为10^-11 M)，且误差<7.3%，通过已建立的浓度依赖标准颜色条形码，但也允许广泛领域的识别目标分子，如亚甲基蓝，结晶紫和尼可刹米。这项工作为开发多用途无标签传感器提供了新的见解，可用于快速多路分析真实样品中的目标分子。

图1. (a) MG-Ox纤维湿法纺丝和酸化法的示意图。(b) MG和(c) MG-Ox纤维的SEM图像，以及相应的XPS测量光谱(d)和高分辨率Cl s光谱(e)。(f) MG和MG-Ox纤维的UPS光谱。(g) 1 × 10^-5 M R6G分别在MG和MG-Ox纤维表面采集的拉曼信号。插图(b):手工弯曲柔性MG纤维的数字图像。

图2.通过油水界面的自组装在纤维表面构建等离子体热点。(a) MG-Ox纤维表面自组装AgNPs示意图。(b) MG/AgNPs纤维的SEM图像，及其相应的Ag组装纳米结构的高倍放大图像(c)，(d)几乎没有AgNPs，分别用黄色和红色矩形圈出。(e)和(f)是(b)对Ag和Ti元素的能谱图。(g) MG/ AgNPs纤维的XRD谱图。

图3. (a-d)水相内被不同基团功能化的MG-Ox纤维底部的SEM图像:(a) Br-， (b) TSC， (c) PVP， (d) CTAB， (e-h)分别为(a-d)中典型区域对应的高倍率图像，用黄色矩形圈出。(i)带有官能团的MXene和AgNPs的Zeta电位。(j) MG、MG/AgNPs-Br、MG/AgNPs-TSC、MG/AgNPs-PVP和MG/AgNPs-CTAB纤维基底表面R6G的SERS光谱。

图4. (a)在MG/AgNP-PVP纤维上收集的1 × 10^-6 ~ 1 × 10^-15 M R6G分子的SERS光谱，(b)相应的10^-15 M R6G放大图。(c) 5批MG/AgNPs-PVP纤维上R6G拉曼信号的稳定性。(d)纤维上200个随机点采集的R6G在612 cm^-1处拉曼信号强度的RSD。(e) 612 cm^-1处拉曼信号强度随MG/AgNPs-PVP纤维及其AgNPs-PVP胶体储存时间的衰减。(f) MG纤维、单层AgNPs纳米结构和MG/AgNPs- PVP纤维中R6G的SERS光谱。

图5. (a) MG纤维上单层AgNPs纳米结构的电场分布。(b) MXene的能带结构。(c) MG/AgNPs-PVP纤维与R6G分子的CT过程示意图。

图6. MG/AgNPs-PVP纤维基板柔性的无标签检测。(a) 秋兰姆、(b)噻苯达唑和(c)吡蚜酮分子在10^-7 ~ 10^-11 M范围内的SERS检测。(d)柔性MG/AgNPs-PVP纤维多路农药检测示意图。混合农药在(e)桃和(f)冬枣表面的SERS谱。(g)每种农药的单独条形码和混合农药的叠加条形码。从(h)亚甲基蓝、(i)结晶紫和(j)尼可刹米中收集的SERS光谱。

相关研究成果由西北工业大学材料学院、陕西省石墨烯新型炭材料及应用工程实验室Xin Liu等人于2023年发表在Sensors and Actuators: B. Chemical (https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103142)上。原文：Efficient multiplexed label-free detection by flexible MXene/graphene oxide fibers with enhanced charge transfer and hot spots effect。