단분산 귀금속 마이크로스피어의 자기조립을 통한 재현성 및 재활용 가능한 SERS 기판 제작

초록

콜로이드 빌딩 블록의 조립을 통한 균일한 어레이 필름 제작은 개별 및 집단 기능의 통합 측면에서 실용적인 관심사입니다. 본 연구에서는 단분산 귀금속 마이크로스피어를 균일한 어레이 필름으로 조직화하기 위한 자기조립 경로를 제시하며, 이를 표면증강 라만 산란(SERS) 응용에 적용했습니다. 이 접근법은 단일 귀금속 마이크로스피어의 신호 감도와 조립된 균일 어레이 필름의 재현성을 통합적으로 구현했습니다.

이를 위해 다기능 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂@Ag (FOSTA) 콜로이드 마이크로스피어를 자작 초음파 보조 반응 시스템에서 성공적으로 합성했습니다. SERS 테스트에서 이 다기능 마이크로스피어는 용액으로부터 분석물질(R6G)을 먼저 포착한 후 외부 자기장 하에서 균일한 필름으로 조립되었으며, 우수한 재현성과 함께 높은 SERS 검출 감도를 보였습니다. 또한 FOSTA 콜로이드 마이크로스피어의 TiO₂ 중간층 덕분에 흡착된 분석물질의 광촉매 분해를 통해 빌딩 블록을 재활용 및 자가 세정할 수 있어 재활용 SERS 응용이 가능했습니다.

서론

독특한 분광 지문, 높은 감도, 비파괴적 데이터 획득이라는 비교우위 덕분에 표면증강 라만 산란(SERS) 분광법은 생화학, 화학 합성, 식품 안전, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 강력한 초고감도 분석 기술로 집중적으로 연구되어 왔습니다[1-3]. 거친 은 금속 표면이 흡착 분자의 라만 산란 신호를 크게 증강시킬 수 있다는 사실이 처음 발견된 이래, SERS 기판은 라만 신호와의 강한 연관성 때문에 항상 연구의 초점이 되어 왔습니다[4, 5]. 이후 응집체 내부의 간격이나 접합부인 '핫스팟'이 강한 라만 신호에 기여한다는 것이 밝혀졌고[6], 핫스팟을 포함하는 다양한 귀금속 나노구조 물질의 설계 및 합성에서 큰 진전이 있었습니다[7].

현재까지 SERS 활성 나노입자와 나노구조 지지체로 구성된 다양한 물질이 더 높은 증강을 위해 설계되었습니다[8, 9]. 일반적으로 SERS 기판은 구조화된 필름과 콜로이드 입자의 두 주요 범주로 분류됩니다. 구조화된 필름의 경우 전자빔 리소그래피, AAO 템플릿, 폴리스티렌 같은 콜로이드 어레이 템플릿 등 복잡한 공정을 통해 제작되는 경우가 많았습니다[10-14]. 이러한 구조화된 필름 표면은 상당히 균일하여 재현성 있는 SERS 신호에 유리하지만, 제작 공정이 시간 소모적이고 5 nm 미만의 제어 가능한 나노간격을 가진 나노패턴 표면을 제작하기 어렵습니다[15]. 따라서 구조화된 표면의 SERS 증강은 일반적으로 습식 화학법으로 제조된 귀금속 입자나 계층적 마이크로스피어보다 훨씬 낮습니다. 왜냐하면 조밀한 나노스케일 간격이 계층적 입자 전체에 분포하기 때문입니다[16-18].

불행히도 계층적 귀금속 입자가 SERS 기판으로 사용될 때 신호 감도는 우수하지만, 무질서한 응집으로 인해 재현성이 상대적으로 낮았습니다[19]. 이러한 불규칙한 핫스팟 분포를 해결하기 위해 자기조립 전략이 도입되어 나노스케일 빌딩 블록 사이에 비교적 균일하게 분포된 핫스팟 생성을 유도했습니다[20, 21]. 표면장력, 공유 결합, 반데르발스 힘, 정전기 인력 등 다양한 힘을 기반으로 한 여러 방법이 개발되었습니다[22-29]. 예를 들어 Bai 등은 제어된 증착 공정을 통해 수직 정렬된 금 나노로드의 대면적 어레이를 제작했습니다[23]. Kim 등은 PS-b-P4VP 미셀 기반으로 초고밀도 은 나노클러스터 어레이를 SERS 기판으로 제작하는 간단한 방법을 보고했습니다[28]. 이러한 귀금속 입자의 필름 조립은 높은 재현성의 SERS 신호를 보여주지만, 현탁액 접근법에 비해 분석물질의 결합률이 낮습니다.

자기 귀금속 마이크로스피어는 자기 분리를 통해 용액에서 분석물질을 효율적으로 포착할 수 있으며, 유리 슬라이드에 고정 후 우수한 SERS 성능을 보였습니다[30-32]. 또한 광촉매 물질이 자가 세정 SERS 기판 제작에 도입되어 기판의 손쉬운 재활용이 가능해졌습니다[33, 34]. 그러나 이러한 다기능 자기 복합 마이크로스피어는 분석물질 결합과 외부 자기장 하에서의 빠른 필름 형성이 가능하지만, 결과 필름이 무질서한 경우가 많아 핫스팟 분포가 매우 고르지 않고 SERS 신호 재현성이 낮았습니다. 따라서 이러한 자기 귀금속 마이크로스피어는 SERS 응용에서 단순히 자기 분리 도구로만 제한되어 사용되었습니다. 자기조립은 외부 자석 하에서 간단한 조작이 가능해 매력적이지만, 특히 3차원 조립의 경우 빌딩 블록의 높은 단분산성을 요구합니다[35]. 지금까지 자기조립 경로를 이용해 재현성 있고 재활용 가능한 SERS 기판을 구축한 연구는 보고되지 않았습니다.

본 연구에서는 자작 초음파 보조 반응 시스템에서 단분산 다기능 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂@Ag (FOSTA) 복합 마이크로스피어를 성공적으로 합성했으며, 이는 자기조립에 적합한 빌딩 블록입니다. 도식 1에서 보듯, 다기능 FOSTA 복합 마이크로스피어는 분산과 자기 분리를 통해 용액으로부터 분석물질(R6G)을 효율적으로 포착하여 SERS 분석을 수행할 수 있습니다. 이후 외부 자기장 하에서 유리 슬라이드 위에 균일한 필름으로 조립되어 높은 감도와 재현성을 가진 SERS 성능을 나타낼 것으로 기대됩니다. 또한 사용된 FOSTA 복합 마이크로스피어는 자외선 조사 하에서 흡착된 분석물질의 광촉매 분해를 통해 재활용될 수 있습니다.

실험 섹션

Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어 합성

단분산 Fe₃O₄@SiO₂ 마이크로스피어는 이전 보고서[36]에 따라 합성했습니다. TiO₂ 쉘 코팅은 초음파 탱크에서 응집을 방지하며 수행했습니다. 일반적인 합성에서 Fe₃O₄@SiO₂(20 mg)를 하이드록시프로필 셀룰로오스(0.1 g), 에탄올(45 mL), 탈염수(0.1 mL) 혼합물에 분산시켰습니다. 30분 후 테트라뷰톡시 티타늄 에탄올 용액(5 mL 중 1 mL)을 튜브 펌프로 15분간 완전히 주입했습니다. 이후 초음파 탱크의 물을 85°C로 서서히 가열하여 100분간 환류했습니다. 생성물을 외부 자석으로 분리하고 에탄올로 반복 세척한 후, 폴리비닐피롤리돈(PVP, 1.0 g)이 든 75 mL 탈염수에 초음파로 30분간 재분산시켰습니다. 이어서 테플론 오토클레이브로 옮겨 180°C에서 비정질 TiO₂ 쉘을 아나타제 구조로 전환했습니다.

FOSTA 마이크로스피어 합성

은 쉘 코팅도 초음파 탱크에서 응집 방지 목적으로 수행했습니다. 위 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어(약 25 mg)를 물/암모니아/에탄올 혼합 용액(2 mL/0.2 mL/13 mL)에 분산시키고 AgNO₃(0.1 g)과 PVP(1 g)를 첨가했습니다. 전체 용액을 초음파로 40°C에서 30분간 분산시킨 후 온도를 85°C로 올렸습니다. 플라스크를 초음파 탱크에서 꺼내 일정 시간 후 생성물을 외부 자석으로 즉시 분리하고 에탄올로 여러 번 세척했습니다. 최종 생성물은 에탄올에 보관하여 추가 특성 분석 및 사용에 대비했습니다.

특성 분석

생성물은 X선 회절(XRD, 2θ 범위 10°-80°, Cu Kα 방사선, Philips X'pert Diffractometer), 주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4800), 투과전자현미경(TEM, JEOL-2010)으로 분석했습니다. 자기적 특성은 초전도 양자 간섭 장치 자력계(SQUID, Quantum Design, MPMS XL)로 측정했습니다.

SERS 측정

R6G를 라만 프로브로 사용하여 SERS 기판의 재현성을 테스트했습니다. 다양한 농도의 R6G 용액(20 mL)을 준비하고, 에탄올에 보관된 FOSTA 복합 마이크로스피어를 첨가하여 진탕기에서 2시간 반응시켰습니다. 생성물을 외부 자석으로 추출하고 에탄올로 세척한 후, 원형 자석이 아래에 있는 세척된 실리콘 펠렛에 잔여 용액을 떨어뜨렸습니다. 페트리 접시로 덮고 에탄올이 모두 증발할 때까지 방치했습니다. 전체 과정은 진동 방지 플랫폼에서 수행했습니다. 잔여 용액이 공기 중에서 천천히 건조된 후, 라만 장비(LABRAM-HR)로 측정했으며, 여기 파장 633 nm 레이저를 사용했습니다. 레이저 스팟 직경은 약 3 μm이며, 각 스펙트럼의 획득 시간은 3초였습니다.

광촉매 및 재활용 테스트

제조된 FOSTA 복합 마이크로스피어의 광촉매 성능을 R6G를 모델로 테스트했습니다. 시료(40 mg)를 R6G 용액(40 mL, 10⁻⁵ M)에 분산시키고 30분간 암소에서 흡착 실험을 진행했습니다. 용액을 8등분하여 자작 광촉매 장치에 넣고 300 W 수은등을 광원으로 사용했습니다. 각 조사 시간 간격마다 한 분취량(5.0 mL)을 수집하고 원심분리로 광촉매를 제거했습니다. 상등액을 자외선-가시광 흡수 분광계(Shanghai Instrument Analysis Instrument Co., Ltd.)로 525 nm에서 흡광도를 측정하여 정량 분석했습니다. 재활용 테스트는 위 절차와 동일하게 수행하되 자외선 조사 시간을 100분으로 설정하고, SERS 테스트 전에 시료를 탈염수로 여러 번 헹구어 잔여 이온을 제거했습니다.

결과 및 논의

설계한 경로에 따르면 단분산 Fe₃O₄ 마이크로스피어는 자기조립의 핵심 요소입니다. 이는 우리 그룹이 이전에 보고한 수열법으로 합성했습니다[36]. 그림 1a, e, j에서 보듯 직경 200 nm의 단분산 Fe₃O₄ 마이크로스피어가 합성되었으며, 뚜렷한 응집 없이 잘 분산되어 있었습니다. 입자의 분산성과 외각 쉘 성장을 위한 적합성을 더욱 개선하기 위해 Stöber 법으로 Fe₃O₄ 마이크로스피어에 실리카 층을 코팅했습니다. 그림 1b에서 균일한 Fe₃O₄@SiO₂ 복합 마이크로스피어를 얻었으며, 그림 1b, f에서 보듯 높은 형상 및 크기 단분산성 덕분에 SEM 시료 준비 중 육방 밀집 초구조를 형성하는 경향을 보였습니다.

균일한 Fe₃O₄@SiO₂ 복합 마이크로스피어는 후속 쉘 성장을 위한 자기 플랫폼으로 좋은 후보지만, TiO₂와 Ag의 이종 증착 시 응집을 방지하기 위해 특수 반응 시스템이 필요했습니다. 우리 실험에서는 기계 교반기와 환류 장치를 초음파 탱크에 통합했습니다. 기계 교반기와 초음파 없이 합성한 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 복합 마이크로스피어는 부록 1: Figure S1, S2에 나타나 있으며, 입자 간 반발력 감소나 쉘 코팅 중 반응 용액의 불균일성으로 인해 응집된 입자나 거친 표면의 입자가 관찰되었습니다[37]. 반면 초음파와 기계 교반기를 모두 갖춘 자작 반응 시스템에서는 잘 분산되는 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어를 성공적으로 제작할 수 있었으며(그림 1c), 쉘은 미세한 TiO₂ 나노입자로 구성되었습니다(그림 1g, k). 비정질 TiO₂ 쉘을 수열 처리로 아나타제 구조로 전환한 후, PVP에 의해 은 이온이 천천히 환원되는 in-situ 법으로 은을 추가 코팅했습니다. 최종 FOSTA 복합 마이크로스피어는 여전히 잘 분산된 상태를 유지했습니다(그림 1d). TiO₂ 쉘 표면에 조밀한 Ag 나노입자가 증착되었습니다(그림 1h, i). 위 결과에서 다기능 FOSTA 복합 마이크로스피어는 자작 장치를 이용한 다단계 코팅 공정으로 합성되었습니다. 기계 교반기와 환류는 반응이 균일하게 진행되도록 보장했으며, 초음파는 코팅 과정 중 자기 코어가 잘 분산되도록 했습니다. 요약하면, 자기조립용 빌딩 블록으로 사용할 수 있는 단분산 다기능 FOSTA 복합 마이크로스피어를 합성했습니다.

각 코팅 단계의 생성물은 X선 분말 회절계(XRD)로 특성 분석했습니다. 그림 2a의 Fe₃O₄ 특이 XRD는 35.3°와 62.4°에 위치한 두 피크(검은 점)로 특징지어지며, 이는 입방상 Fe₃O₄(JCPDS Card no. 75-0449)의 (311) 및 (440) 격자면에 해당합니다. 비정질 SiO₂ 층 코팅 후 그림 2b에서 23° 중심의 넓은 피크가 관찰되었습니다[38]. TiO₂ 층을 추가 증착하고 수열 처리하면, Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어의 XRD 패턴에서 Fe₃O₄@SiO₂에 비해 25.3°, 37.9°, 48.0°(빨간 삼각형)에 추가 피크가 나타납니다(그림 2c). 이는 아나타제상(JCPDS card no. 75-2545)의 (101), (004), (200) 면에 해당합니다. Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어 표면에 조밀한 Ag 나노입자를 증착하면 위 물질들의 회절 피크는 여전히 관찰되지만, 38.1°와 44.6°(파란 별)의 강한 피크로 인해 희미해집니다(그림 2d). 이는 입방상 Ag(JCPDS card, no. 4-783)의 (111)과 (200)로 인덱싱됩니다. 그림 2의 XRD 패턴은 FOSTA 복합 마이크로스피어에 스피넬 Fe₃O₄, 비정질 SiO₂, 아나타제 TiO₂, 입방상 Ag NPs의 특성 회절 피크가 해당함을 보여줍니다. 특성 XRD 패턴은 설계된 경로와 일치하게 세 가지 다른 층이 Fe₃O₄ 마이크로스피어 위에 순차적으로 코팅되었음을 나타냅니다.

Fe₃O₄와 FOSTA 복합 마이크로스피어의 자기적 특성을 조사했습니다(그림 3). 그림 3a에 나타난 영 보자력과 가역적 히스테리시스 거동은 Fe₃O₄ 마이크로스피어의 초상자성 특성을 나타냅니다. Fe₃O₄ 마이크로스피어의 실온 포화 자화는 73.3 emu/g이지만, SiO₂, TiO₂, Ag 쉘 등 비자성 물질이 추가되면서 FOSTA 복합 마이크로스피어의 자화는 현저히 감소했습니다. 포화 자화값(2.62 emu/g)이 크게 감소했음에도 불구하고, FOSTA 복합 마이크로스피어는 현탁액 시스템에서 자기 분리로 천천히 패킹될 수 있었습니다.

FOSTA 복합 마이크로스피어에서 Ag 쉘 구조는 SERS 성능을 결정할 뿐만 아니라 광촉매 특성에도 영향을 미치므로, 전체 성능 최적화를 위해 Ag 쉘의 제어된 성장이 필요했습니다. 여기에서 PVP는 계면활성제 역할 외에도 온화한 환원제로 작용하므로, Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어 표면에 Ag 핵이 나타난 후 반응 시간으로 Ag 나노입자 성장을 쉽게 제어할 수 있었습니다. 서로 다른 간격의 네 가지 대표적 생성물을 채취하여 조사했는데, 이를 시료 I-IV로 명명했습니다(그림 4). 그림 4a에서 보듯 15분에 미세한 Ag 나노입자가 나타났고, 20분에는 이 나노입자가 커졌지만 서로 접촉하지 않았습니다. Ag 나노입자의 지속적 성장으로 25분에는 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어 표면 대부분이 덮였습니다. 최종적으로 Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ 마이크로스피어 표면이 큰 Ag 나노입자로 완전히 덮였습니다. 성장 과정에서 Ag 나노입자가 Ag 나노입자에서 완전한 쉘로 점차 성장함을 알 수 있습니다.

위 서로 다른 간격의 시료를 R6G를 프로브로 SERS 기판으로 먼저 테스트했으며, 결과는 그림 4b에 나타냈습니다. 그림 4b의 500-1750 cm⁻¹ 범위 모든 피크는 R6G 신호로 인덱싱되며, 773 cm⁻¹ 피크는 크산텐 골격의 수소 원자 평면 외 굽힘 운동에 기인하고, 1187, 1311, 1363, 1509, 1651 cm⁻¹의 다른 피크들은 방향족 고리의 C-H 평면 내 굽힘, C-O-C 신축, C-C 신축에 할당됩니다[39]. 가장 강한 1363 cm⁻¹ 피크를 비교 대상으로 선택했습니다. 시료 I은 분리된 Ag 나노입자가 너무 작아 매우 약한 SERS 신호를 보였고 명확한 피크가 없었습니다. 시료 II는 국소 전자기장 증강이 입자 크기 증가에 따라 커지므로 시료 I보다 강한 SERS 신호를 보였습니다[40, 41]. 시료 III의 SERS 신호는 더 증강되었는데, 이 분리된 Ag 나노입자 크기가 약 50 nm에 도달하여 가장 강한 증강을 생성한다고 보고되었기 때문입니다[40]. 또한 이 Ag 나노입자들이 서로 가까워져 다량의 간격인 '핫스팟'을 형성했습니다[8]. 그러나 Ag 나노입자의 지속적 성장은 결국 시료 IV에서 이들이 합쳐지게 만들었고, 동시에 간격이 사라져 SERS 활성이 감소했습니다. 따라서 종합적으로 고려했을 때 시료 III이 가장 높은 SERS 성능을 보였습니다.

시료 I-IV의 광촉매 성능을 R6G로 조사했습니다. 그림 4c에서 보듯 시료 I-III은 자외선 조사 하에서 R6G를 완전히 분해할 수 있었습니다. 그림 4c 삽입도에 보듯, 자기 마이크로스피어 상의 TiO₂-Ag 복합체의 TiO₂ 코어는 자외선 하에서 여기될 수 있으며, 전자가 TiO₂ 전도대에서 Ag 전도대로 이동하여 •O₂⁻, •OH 같은 고활성 산화 종을 생성합니다. 이 산화 종들은 이후 R6G 분해를 유도합니다[42]. 그러나 FOSTA 복합 마이크로스피어의 Ag 함량 증가에 따라 시료 I-IV의 분해 능력은 감소 경향을 보였습니다. 선행 연구에 따르면 TiO₂에 적절한 크기와 밀도로 담지된 귀금속 나노입자가 우수한 촉매 성능을 위해 필요하며, 더 큰 Ag 함량은 Ag 입자가 재결합 중심 역할을 할 수 있어 광분해 성능에 해로울 수 있습니다. 따라서 우리 실험에서 총 분해 시간은 Ag 함량 증가에 따라 길어졌고, 시료 III의 경우 거의 3시간에 달했습니다. 시료 III은 상대적으로 약한 분해 효율을 보이지만, 흡착된 R6G 분자를 완전히 분해할 수 있어 자가 세정 요건을 충족했습니다. 따라서 시료 III이 가장 강한 라만 증강을 보이며 종합적 고려 시 조립형 SERS 기판의 최적 빌딩 블록입니다.

자기조립은 자기장 기울기에 의한 자기 패킹 힘이 입자의 국소 농도를 유도하여 결정화 과정을 초기화할 수 있어 매우 강력한 조립 방법으로 보고되었습니다[43]. 여기에서 외부 자기장의 안내 하에 FOSTA 복합 마이크로스피어(시료 III, 이하 동일)는 초상자성과 단분산 특성 덕분에 빠르고 효율적으로 정렬된 구조로 조립되었습니다. 그림 5a에서 보듯 단분산 FOSTA 복합 마이크로스피어가 외부 자석 하에서 대면적 균일 필름으로 성공적으로 조립되었습니다(이하 '자기조립 필름'). 확대된 국소 영역에서 육방 밀집 구조를 관찰할 수 있습니다(그림 5b). 비교를 위해 외부 자기장 없이 FOSTA 복합 마이크로스피어로 구성된 필름(이하 '자발조립 필름')도 제작했으나, 그림 5c에서 보듯 용매 증발 중 무작위 응집으로 인해 무질서한 구조의 거친 필름이 얻었습니다(그림 5d). 또한 자기조립 필름이 자발조립 필름보다 더 매끄러웠습니다. 위 결과는 자기조립을 통해 규칙성과 매끄러움을 모두 갖춘 더 균일한 필름을 얻을 수 있음을 보여줍니다.

자기장이 있거나 없는 상태에서 조립된 필름의 SERS 신호 재현성을 기판 전체 20개 지점을 선택하여 조사했습니다(그림 5e, f). R6G 용액 농도는 10⁻⁸ M이었고, 해당 라만 강도(1363 cm⁻¹)를 그림 5g에 기록했습니다. 자기조립 필름의 평균 상대 표준 편차(RSD)는 약 0.05로 계산되었으며, 이는 자발조립 필름의 약 0.197보다 훨씬 낮았습니다. 또한 자기조립 필름의 라만 피크 강도가 평균적으로 자발조립 필름보다 약간 높았는데, 이는 입자 간 2차 핫스팟 생성에 기인하며 어레이 구조 강화 효과를 보여줍니다[44]. 요약하면, 위 실험 결과는 자기조립이 FOSTA 복합 마이크로스피어에 감도와 재현성 모두에서 더 많은 이점을 부여함을 나타냅니다.

FOSTA 복합 마이크로스피어의 검출 한계를 조사하기 위해 농도 의존적 SERS 스펙트럼을 추가로 테스트했습니다. 자기조립 필름의 검출 능력을 10⁻⁶에서 10⁻¹² M 범위의 R6G 용액으로 평가했습니다. 그림 5h에서 FOSTA 복합 마이크로스피어는 10⁻⁶에서 10⁻¹¹ M 농도에서 명백한 증강 신호를 보였으며, 그림 5c 삽입도에서 보듯 10⁻¹¹ M의 낮은 농도에서도 모든 증강 피크를 명확히 관찰할 수 있었습니다. 1363 cm⁻¹ 피크의 로그 강도를 R6G의 로그 농도에 대해 플로팅했습니다(부록 1: Figure S3). R6G 검출의 선형 범위는 10⁻⁶에서 10⁻¹¹ M이며 검출 한계(LOD)는 10 ppb로, 설계된 SERS 시스템의 높은 감도 검출 능력을 보여줍니다[45, 46].

본 실험에서는 Ag와 TiO₂ 쉘 등 서로 다른 기능성 층을 결합하여 SERS 기술과 광촉매 특성을 통합했습니다. 이들의 재활용성을 반복적 SERS 및 광분해 테스트로 연구했습니다(그림 6). FOSTA 복합 마이크로스피어를 R6G 분석물질 함유 용액에 먼저 담근 후 SERS 테스트를 수행하고, 마지막으로 탈염수에 분산시켜 자외선으로 약 100분간 조사했습니다. 이후 시료를 탈염수로 여러 번 세척하여 잔여 이온과 분자를 제거했습니다. 주요 피크가 사라지고 SERS 기판의 라만 스펙트럼이 새로운 것과 유사해짐을 관찰했습니다. 기판에 흡착된 분석물질 양이 매우 적으므로 자가 세정 목표를 매우 간단하고 쉽게 달성할 수 있습니다. 세정 후 기판을 여러 번 반복 사용할 수 있습니다. SERS 신호는 R6G 라만 피크에서 3회 순환 후 거의 감소하지 않았으며, 매번 자가 세정 후 SERS 신호가 검출되지 않아 FOSTA 복합 마이크로스피어가 SERS 기판으로 반복 사용 가능함을 보여줍니다. 또한 3회 전체 순환 후 FOSTA 복합 마이크로스피어의 형태는 그림 6의 삽입 이미지에서 보듯 형태학적으로 뚜렷한 변화가 없어 물리적 강도 면에서 안정적임을 시사합니다.

결론

고도로 재현성 있고 재활용 가능한 SERS 기판을 만들기 위해 자작 초음파 보조 반응 시스템에서 다기능 마이크로스피어를 빌딩 블록으로 개발했습니다. 외부 자기장 하에서 제조된 FOSTA 복합 마이크로스피어는 매끄럽고 어레이 구조의 필름으로 조립되어 민감하고 재현성 있는 SERS 성능을 보였습니다. TiO₂ 쉘 덕분에 사용된 FOSTA 복합 마이크로스피어는 자가 세정 공정을 통해 추가로 재활용될 수 있습니다. SERS와 광촉매 기능을 자기 마이크로스피어에 통합함으로써 자기조립 경로는 재현성 있고 재활용 가능한 SERS 기판을 위한 유망한 기술입니다.

데이터 및 재료 가용성

데이터 요청은 저자에게 문의하시기 바랍니다.