本發明涉及納米材料和分析檢測領域，具體涉及一種銀納米線及利用該銀納米線為基底的SERS檢測方法。

背景技術：

隨著中國經濟水平的逐步提高，水產品不再作為沿海沿湖地區人民的專屬食品，而經過加工運輸甚至活體運輸至全國各地銷售，同時一些具備養殖條件的南方省份也不斷推廣水產品的人工養殖。而水產品的人工養殖和活體運輸使得魚類脫離天然生長環境，容易發生病變死亡。

為了提高水產品人工養殖成活率和健康狀況，有些養殖戶不顧公眾利益向水產品中添加違禁藥物。常見的水產品禁止添加藥物主要包括孔雀石綠、結晶紫、呋喃唑酮和氯霉素。孔雀石綠和結晶紫最初作為染料被廣泛應用于紡織工藝中，后因發現其具有良好的殺菌消毒作用，加之價格低廉而被廣泛應用在水產品的人工養殖過程中。但后續的生物實驗表明孔雀石綠和結晶紫具有潛在的致癌、致畸等毒副作用，因而先后被多個國家列入水產品養殖禁止使用藥名單。呋喃唑酮和氯霉素屬于廣譜的抗菌藥，在水產養殖中能有效地預防與治療寄生蟲病及真菌感染，但有證據表明氯霉素的濫用除增加細菌抗藥性外，還會抑制人體骨髓造血功能，導致再生障礙性貧血等疾病；呋喃唑酮及其代謝物則對人體具有潛在的遺傳毒性和致癌作用。包括中國在內的世界上許多國家，均禁止在魚、肉及家禽養殖中使用氯霉素和呋喃唑酮。

鑒于這四種藥物價格低廉，對水產品養殖過程中各種常見疾病具有良好的預防和治療效果，所以在水產品養殖中屢禁不止。因此，對水產品中四種藥物殘留的檢測成為水產品流入市場的必須程序。

目前常用于檢測上述四種漁藥殘留的方法有高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)、液相色譜-串聯質譜(LC-MS/MS)等，這些方法具有準確性好、靈敏度高等特點，但存在著有機溶劑耗量大、費用高、檢測周期長等缺點，很難滿足快速檢測的要求。因此迫切需要建立一種快捷、準確、靈敏、低耗的檢測方法。

表面增強拉曼光譜(Surface-Enhanced Raman Scattering，以下簡稱SERS)檢測作為一種特殊的拉曼光譜檢測技術，該檢測技術既具有拉曼光譜的指紋識別性，又具有較高的響應強度，使得SERS檢測技術具有靈敏度高，針對性強，測試迅速，成本低廉等優點，在分析檢測領域凸顯出巨大的潛力。

目前用作SERS檢測的商業化基板主要為Renishaw Diagnostics公司生產的Klarite芯片，該基板價格較高，阻礙了SERS檢測手段在食品安全領域的推廣應用。現有技術中有以金納米顆粒、核殼型雙金屬納米顆粒為基底的SERS檢測基板，但作為SERS檢測基板的響應靈敏度、制造工藝以及制造成本仍然與商業化的Klarite芯片有一定差距。

因此，能否制備出對上述四種水產品違禁藥響應度好、靈敏度高，針對性強，工藝簡單和成本低廉的SERS檢測基底，是解決現有技術的關鍵。

在貴金屬中，銀的價格相對較低，以硝酸銀等原料制備出的銀納米線在橫向尺寸上被限制在100納米以下，這使得這種材料具有明顯的量子效應，因而被稱作“量子線”，廣泛應用在納米器件、分子檢測、太陽能電池板等技術領域。

目前制備銀納米線主要包括光刻法、光還原法、微波輻射法、模版法、溶劑熱法和多元醇法。多元醇法是一種以銀鹽為反應的前驅體，在一定保護劑和還原劑的作用下，加熱生長成銀納米線。現有技術采用多元醇法制備銀納米線的過程主要為，采用硝酸銀、聚乙烯基吡咯烷酮(以下簡稱PVP)、乙二醇分別作為鹽的前驅體、蓋帽劑和多元醇，采用加熱還原得到銀納米線。

現有技術中的多元醇法制備銀納米線，多采用乙二醇作為反應物。乙二醇生物毒性高，不符合國家所提倡的綠色化學理念。由于乙二醇沸點低，為了保證乙二醇濃度恒定，反應體系溫度不能過高，不利于提高反應速度。為了控制銀納米線的軸向均勻生長，需要嚴格控制不同原料的濃度，大多數情況下需要雙通道注射泵進行反應液的滴加(例如CN1740405A)，使得生產成本高，生產工藝復雜。為了保護反應液中已生成的銀納米線，還需要將反應體系置于惰性氣體保護中(例如CN101934378A)，并且各個反應液需要預先除氧，進一步增加生產成本。多元醇法制備銀納米線后續銀納米線的純化需要用到丙酮洗滌(例如CN101934378A)，帶來環境污染、提高生產成本。并且以現有技術多元醇法制備的銀納米線中，混有較多的銀納米顆粒(例如CN1740405A、CN101310899A)，這使得制備的銀納米線并不能很好的適用于質量要求較高的檢測領域。

因此，能否開發出一種原料無污染、反應速度快、工藝簡單并且產品質量好的制備銀納米線的方法，并能將所制備的銀納米線應用于所述四種違禁魚藥的SERS檢測，是解決現有問題的關鍵因素。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種銀納米線及制備方法，該方法工藝簡潔，可制備高質量銀納米線。

本發明還提供了以上述銀納米線為SERS基底檢測水產品違禁藥的方法，該方法靈敏度高，針對性強，成本低廉，用于檢測孔雀石綠、結晶紫、呋喃唑酮和氯霉素。

本發明技術方案為：一種制備銀納米線的方法，其制備步驟包括：

將溶液A與溶液B混合，然后升溫至200～220℃后冷卻至室溫，洗滌得銀納米線；優選的反應升溫時間為15～25min；

所述溶液A為聚乙烯吡咯烷酮(以下簡稱PVP)和硝酸銀的丙三醇溶液；所述溶液B為氯化鈉、水和丙三醇的混合溶液；溶液A與溶液B的體積比為18～20:1；

反應體系中，硝酸銀與聚乙烯吡咯烷酮、氯化鈉的摩爾比為1:5～6:0.08～0.13，聚乙烯吡咯烷酮的用量以乙烯吡咯烷酮單體計；水與丙三醇總量的體積比為1:380～420，硝酸銀在反應體系中的含量為0.044～0.048mol/L。上述方法所制備的銀納米線直徑45～55nm。

優選的，硝酸銀與聚乙烯吡咯烷酮、氯化鈉的摩爾比為1:5.5:0.107～0.108，聚乙烯吡咯烷酮的用量以乙烯吡咯烷酮單體計；優選的，水與丙三醇總量的體積比為1:395～405；優選的，反應體系中硝酸銀的含量為0.046～0.047mol/L。

本發明的一個優選方案，反應體系中，硝酸銀與聚乙烯吡咯烷酮、氯化鈉的摩爾比為1:5.5:0.1075，聚乙烯吡咯烷酮的用量以乙烯吡咯烷酮單體計。水與丙三醇總量的體積比為1:400，反應體系中硝酸銀的含量為0.0465mol/L，升溫至210℃，升溫反應時間為20min；所制備的銀納米線直徑49.4±3.9nm，長度7～10μm。

所述洗滌步驟優選為：將冷卻后的反應液加入超純水中，混合均勻后離心取下層沉淀，然后依次采用水、乙醇水溶液、乙醇各洗滌1～5次。洗滌后將沉淀分散于純水得銀納米線水溶膠。所述乙醇水溶液洗滌步驟包括兩步，首先采用20％～30％濃度乙醇水溶液洗滌，然后采用40％～60％濃度乙醇水溶液洗滌。

進一步，所述PVP的重均分子量Mw＝2000～200000，優選為25000～100000；所述PVP單體分子量為111。

本發明技術方案還包括一種以所制備銀納米線為基底的SERS檢測方法，用于檢測試樣中的孔雀石綠、結晶紫、呋喃唑酮和氯霉素。

本檢測方法采用所制備銀納米線為基底，對不同濃度的孔雀石綠、結晶紫、呋喃唑酮和氯霉素溶液進行SERS檢測。以銀納米線為基底的SERS檢測方法步驟如下：

將待檢測溶液分散到銀納米線溶液中得到水溶膠，然后取一定體積的銀納米線水溶膠滴加到載體板上，在35℃～45℃，優選為38℃～42℃的溫度下烘干后得到檢測板，然后進行SERS檢測。SERS檢測激發波長選自457nm，488nm，514nm，532nm，633nm，660nm，優選為633nm；所述SERS檢測光源為He-Ne激光源、激光源功率為1～10mW，優選為4～6mW、采集光譜的波數為400～2000cm^-1的檢測條件下對檢測板進行檢測。

本發明的有益效果在于，所制備的銀納米線直徑和長度分布范圍更集中，微觀結構帶來的宏觀性能參數也更能準確反映微觀變化。采用丙三醇為原料制備銀納米線，避免了現有技術中采用乙二醇制備銀納米線的環境污染，并且提高了反應溫度，使得反應速度由原來的幾個小時縮短至半小時以內；改變反應液的加料順序和硝酸銀與PVP的用量比，省略了惰性氣體保護條件，并且使得加料速度不必嚴格控制，省去了雙通道注射泵，使得生產工藝大幅簡化；采用乙醇與水混合溶液對產物進行洗滌純化，避免了有毒有害物質丙酮的使用，使得生產工藝更加符合綠色化學的理念，并且可以改善現有技術中用丙酮洗滌后可能產生的銀納米線粘壁或聚沉現象。

采用所得銀納米線為SERS檢測基底，實現了對四種常用漁藥的快速檢測，該方法適用性強。與金納米顆粒、銀納米線、核殼型雙金屬納米顆粒以及Q-SERS、Klarite基板相比，以本發明銀納米線為SERS檢測基底，對孔雀石綠、結晶紫、呋喃唑酮和氯霉素的檢測限更低，依次為0.05ppb，0.01ppb，100ppb和100ppb。該銀納米線與結晶紫的混合檢測板在440cm^-1、1176cm^-1及1617cm^-1波數下，峰強度的相對標準偏差(RSD)分別為14.1％、11.2％、9.8％，增強因子為4.7×10⁷。通過四種藥物的SERS測試結果可知，以本發明方法所制備的銀納米線做基底，該基底的表面顆粒形貌均勻，增強效果明顯，背景干擾小，重現性好。

附圖說明

圖1為實施例1所得銀納米線透射電鏡圖；

圖2為實施例1所得銀納米線的XRD衍射圖；

圖3為實施例2所得銀納米線透射電鏡圖；

圖4為實施例3所得銀納米線透射電鏡圖；

圖5為實施例4所得銀納米線透射電鏡圖；

圖6為不同濃度下孔雀石綠的SERS檢測圖譜；

圖7為不同濃度下結晶紫的SERS檢測圖譜；

圖8為不同濃度下呋喃唑酮的SERS檢測圖譜；

圖9為不同濃度下氯霉素的SERS檢測圖譜；

圖10為實施例9所得SERS檢測平均值圖譜。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明。

實施例1為最優技術方案下制備銀納米線，實施例2、3、4為改變銀納米線合成條件后的對照實驗。后續實施例5、6、7、8、9中SERS檢測所采用的銀納米線由實施例1的方法制備。

實施例1

取Mw＝55000的PVP粉末5.67g(以分子量為111的單體計51.1mmol)，加入到190mL丙三醇中，然后升溫至85℃下緩慢攪拌，直至粉末完全溶解呈透明溶液，然后將溶液降溫至30℃，向溶液中加入1.58g(9.3mmol)的硝酸銀晶體，采用機械攪拌輔助以超聲，使硝酸銀晶體溶解，得到含有硝酸銀、PVP和丙三醇的溶液A。

稱取58.5mg(1mmol)氯化鈉溶解于0.5mL蒸餾水中，加入10mL丙三醇稀釋氯化鈉溶液，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，用水熱釜加熱，開啟攪拌并在20min的時間內升溫至210℃，然后立即停止加熱，自然冷卻至室溫。

將反應液加入到超純水中離心洗滌后，依次采用水、25％濃度的乙醇水溶液、50％濃度的乙醇水溶液、乙醇各洗滌三次，然后將離心洗滌得到的下層沉淀超聲分散到純水中得到銀納米線水溶膠，經長時間放置，銀納米線水溶膠不發生聚沉。

所得銀納米線透射電鏡圖如圖1所示，本實施例制備的銀納米線直徑為49.4±3.9nm，長度7～10μm。根據所得銀納米線的XRD衍射圖(圖2)可以看出，圖中具有五個峰，所得銀納米線具有面心立方結構，并且(111)比(200)略高，造成此現象的原因可能是(111)面的表面能比較高，晶體沿(111)晶面的生長速度比其他晶面的生長速度快很多，也證明所得到銀納米材料為具有線狀結構的銀納米線。

實施例2

取Mw＝55000的PVP粉末0.516g(以分子量為111的單體計4.65mmol)，加入到170mL丙三醇中，升溫至70℃緩慢攪拌，直至粉末完全溶解呈透明溶液，將溶液降溫至20℃。向溶液中加入1.58g(9.3mmol)硝酸銀晶體，采用機械攪拌輔助以超聲，使硝酸銀晶體溶解，得到含有硝酸銀、PVP和丙三醇的溶液A。

稱取46.8mg(0.8mmol)氯化鈉溶解于0.5mL蒸餾水中，然后加入8mL丙三醇稀釋氯化鈉溶液，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，用水熱釜加熱，開啟攪拌并以在20min的時間內升溫至200℃，然后立即停止加熱，自然冷卻至室溫。

將反應液加入到超純水中離心洗滌后，再依次采用20％濃度的乙醇水溶液、60％濃度的乙醇水溶液和乙醇各洗滌三次，然后將離心洗滌得到的下層沉淀超聲分散到純水中得到銀納米線水溶膠。

所得銀納米線透射電鏡圖如圖3所示，制備的銀納米線直徑為142.5±58.3nm，長度為0.3～3μm。由于銀納米線直徑和長度分布不均勻，并有大量較大尺寸且形貌很不規則的納米顆粒(如球形、棒狀、立方體、三角形等)，因此不具有作為SERS檢測的應用價值。

實施例3

取Mw＝55000的PVP粉末3.09g(以分子量為111的單體計27.8mmol)，加入到185mL丙三醇中，升溫至80℃緩慢攪拌，直至粉末完全溶解呈透明溶液，將溶液降溫至25℃，向溶液中加入1.58g(9.3mmol)硝酸銀晶體，采用機械攪拌輔助以超聲，使硝酸銀晶體溶解，得到含有硝酸銀、PVP和丙三醇的溶液A。

稱取58.5mg(1mmol)氯化鈉溶解于0.5mL蒸餾水中，加入10mL丙三醇稀釋氯化鈉溶液，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，用水熱釜加熱，開啟攪拌并在15min的時間內升溫至205℃，然后立即停止加熱，自然冷卻至室溫。

將反應液加入到超純水中離心洗滌后，依次采用水、30％濃度的乙醇水溶液、40％濃度的乙醇水溶液和乙醇洗滌各三次，然后將離心洗滌得到的下層沉淀超聲分散到純水中得到銀納米線水溶膠。

所得銀納米線透射電鏡圖如圖4所示，制備的銀納米線直徑為51.3±20.4nm，長度為6～10μm。相比于圖3，銀納米線的產量明顯增加，但由于銀納米線直徑和長度分布不均勻，并有大量形貌不規則的納米顆粒，因此不具有作為SERS檢測的應用價值。

實施例4

取Mw＝55000的PVP粉末8.25g，74.3mmol(以分子量為111的單體計)，加入到200mL丙三醇中，升溫至90℃下緩慢攪拌，直至粉末完全溶解呈透明溶液，將溶液降溫至25℃，向溶液中加入1.58g，9.3mmol的硝酸銀晶體，采用機械攪拌輔助以超聲，使硝酸銀晶體溶解，得到含有硝酸銀、PVP和丙三醇的溶液A。

稱取70.2mg，1.2mmol的氯化鈉溶解于0.5mL蒸餾水中，加入12mL丙三醇稀釋氯化鈉溶液，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，用水熱釜加熱，開啟攪拌并在25min的時間內升溫至220℃，然后立即停止加熱，自然冷卻至室溫。

將反應液加入到超純水中離心洗滌后，再依次采用25％濃度的乙醇水溶液、50％濃度的乙醇水溶液、乙醇各洗滌三次，然后將離心洗滌得到的下層沉淀超聲分散到純水中得到銀納米線水溶膠。

所得銀納米線透射電鏡圖如圖5所示，制備的銀納米線直徑為35.4±9.8nm，長度為0.7～5μm。由于銀納米線直徑和長度分布不均勻，并有大量形貌不規則的小尺寸納米顆粒，因此不具有作為SERS檢測的應用價值。

實施例5

將孔雀石綠用乙腈溶解后配制成100mg/mL的標準溶液，然后用乙腈稀釋成0.001ng/mL、0.01ng/mL、0.02ng/mL、0.03ng/mL、0.04ng/mL、0.05ng/mL、0.06ng/mL、0.07ng/mL、0.08ng/mL、0.09ng/mL、0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL和10ng/mL的溶液。然后將不同濃度的標準溶液分別加入到等體積的銀納米線水溶膠(按照實施例1方法制備)中，混勻后移取5μL至載玻片，35℃下烘干后，采用633nm、5mW激光束進行測試，采集400-2000cm^-1波數段的拉曼數據，進行兩次獨立測試后，取平均值，結果如圖6。

實施例6

將結晶紫用乙腈溶解后配制成100mg/mL的標準溶液，然后用乙腈稀釋成0.001ng/mL、0.01ng/mL、0.02ng/mL、0.03ng/mL、0.04ng/mL、0.05ng/mL、0.06ng/mL、0.07ng/mL、0.08ng/mL、0.09ng/mL、0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL和10ng/mL的溶液。然后將不同濃度的標準溶液分別加入到等體積的銀納米線(按照實施例1方法制備)水溶膠中，混勻后移取5μL至載玻片，40℃下烘干后，采用633nm、5mW激光束進行測試，采集400～2000cm^-1波數段的拉曼數據，進行兩次獨立測試后，取平均值，結果如圖7。

實施例7

將呋喃唑酮用乙腈溶解后配制成100mg/mL的標準溶液，然后用乙腈稀釋成0.05μg/mL、0.1μg/mL、1μg/mL、5μg/mL和10μg/mL的溶液。然后將不同濃度的標準溶液分別加入到等體積的銀納米線水溶膠(按照實施例1方法制備)中，混勻后移取5μL至載玻片，45℃下烘干后，采用633nm、5mW激光束進行測試，采集400～2000cm^-1波數段的拉曼數據，進行兩次獨立測試后，取平均值，結果如圖8。

實施例8

將氯霉素用甲醇溶解后配制成100mg/mL的標準溶液，然后用甲醇稀釋成0.05μg/mL、0.1μg/mL、1μg/mL、5μg/mL和10μg/mL的溶液。然后將不同濃度的標準溶液分別加入到等體積的銀納米線水溶膠(按照實施例1方法制備)中，混勻后移取5μL至載玻片，40℃下烘干后，采用633nm、5mW激光束進行測試，采集400～2000cm^-1波數段的拉曼數據，進行兩次獨立測試后，取平均值，得到圖9。

實施例9

將結晶紫用乙腈溶解后配制成100mg/mL的標準溶液，然后用乙腈稀釋成0.1ng/mL的溶液。然后將0.1ng/mL濃度的結晶紫標準溶液加入到等體積的銀納米線水溶膠中，混勻后移取5μL至載玻片，40℃下烘干后，采用633nm、5mW激光束進行測試，采集400～2000cm^-1波數段的拉曼數據。

重復實施例1的步驟，分別制備銀納米線，獨立進行10次測試基板的制備與測試，測試方法同上。每次制備的測試板各取10個測試點進行測試，取10條測試曲線的平均值作為該基板的測試曲線進行數據分析，測試結果表明在440cm^-1、1176cm^-1及1617cm^-1波數下峰強度的相對標準偏差(RSD)分別為14.1％、11.2％、9.8％，表明該基底具有較好的重現性。所得SERS圖譜如圖10所示。

利用所測的數據，進行增強因子的計算：

$EF=\left(\frac{I_{SERS}}{I_{norm}}\right)\left(\frac{N_{norm}}{N_{SERS}}\right)---\left(1\right)$

$AEF=\left(\frac{I_{SERS}}{I_{norm}}\right)\left(\frac{C_{norm}}{C_{SERS}}\right)---\left(2\right)$

(1)為增強因子(EF)的公式，(2)為分析增強因子(AEF)的公式，AEF適用于溶膠體系的SERS基底及分析化學。基于結晶紫的最強特征峰1617cm^-1，實施例3所制備的銀納米線基底對結晶紫的標準溶液的增強因子為4.7×10⁷，與通常情況下所測的增強因子10⁴～10⁶數值范圍相比，實施例1所制備銀納米線在用于結晶紫的SERS檢測增強效應明顯。

需要指出的是，上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項目技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。