[发明专利]氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及基于表面增强拉曼散射效应的纳米结构器件，特别涉及具有良好生物兼容性的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底，以及涉及这种基底的制备方法，和用这种基底进行溶液中联吡啶钌分子的检测。

背景技术

在目标分子表面增强拉曼光谱作为一种化学溶液中目标分子的痕量检测手段，自从被发现以来一直受到广泛的关注。表面增强拉曼散射效应(SERS)，通常需要检测基底中含有贵金属粒子(如金，银，铂)，在光场的激发下贵金属粒子中的传导电子会产生集体共振，即，表面等离子体共振(Surface Particle Plasmon Resonance)，从而导致贵金属粒子周围的局域电磁场增强，使吸附在贵金属粒子表面的目标分子的拉曼散射信号增强(Baohua Zhang，Haishui Wang，Lehui Lu，Kelong Ai，Guo Zhang，and Xiaoli Cheng，Adv.Funct.Mater.2008，18，2348；Ming-liang Zhang，Chang-Qing Yi，Xia Fan，Kui-Qing Peng，Ning-Bew Wong，Meng-Su Yang，Rui-Qin，and Shuit-Tong Lee，Appl.Phys.Lett.2008，92，043116)。而贵金属粒子对生物体的毒副作用，一直限制了表面增强拉曼散射技术在生物医药领域检测的应用。

在应用金属氧化物(如：砷化镓/砷化铟，三氧化二铁，三氧化二铝等)替代贵金属粒子制备表面具有增强拉曼散射效应的增强基底的报道中已经证明：利用金属氧化物与目标分子间的电荷转移过程，实现了增强目标分子拉曼散射截面，即增强目标分子拉曼散射信号的效果(Z.H.Sun，B.Zhao，John R.Lombardi，Appl.Phys.Lett.2007，91，221106；Anthony Musumeci et al.，J.Am.Chem.Soc.2009，131，6040)。而半导体氧化锌材料由于具有良好的生物兼容性，在生物医药领域的器件制备方面一直有着广泛的应用(Liu，X.W.；Hu，Q.Y.；Wu，Q.；Zhang，W.；Fang，Z.；Xie，Q.B.Colloids and Surfaces B：Biointerfaces.2009，74，154.)。因此，如果能够应用氧化锌纳米结构制备具有增强拉曼散射效应的活性基底将有望拓展SERS技术在生物医药领域中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好生物兼容性的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底。

本发明的再一目的是提供一种制备具有良好生物兼容性的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底的方法。

本发明的还一目的是提供具有良好生物兼容性的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底的应用，用以实现增强目标分子拉曼散射信号。

本发明的具有良好生物兼容性的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底，是由分布在ITO导电玻璃表面的氧化锌纳米棒阵列构成。该拉曼散射增强基底是通过电化学的方法，在ITO导电玻璃表面制备出氧化锌纳米棒阵列，从而得到所述的具有良好生物兼容性的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底(如图1、图2所示)。

所述的氧化锌纳米棒阵列中的氧化锌纳米棒的直径约为100nm～300nm，氧化锌纳米棒的长度约为2μm～4μm。

本发明的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底的制备方法包括以下步骤：

1)导电基底(如ITO导电玻璃)的准备：清洗导电基底(如依次用丙酮、乙醇和水进行超声清洗)，晾干(如在空气中)；

2)电解液的配制：配制锌盐的水溶液作为电解液，其中，电解液中锌盐的浓度为5～100mM；

3)电化学沉积：在标准三电极体系中，将步骤2)配制的电解液倒入电解池中，以铂片作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以步骤1)晾干后的导电基底作为工作电极；水浴加热电解池，维持电解池中的电解液的温度为70～90℃，给上述的工作电极施加相对于上述的参比电极为-0.8～-1.6V的电位，反应完成后，在导电基底上制备出氧化锌纳米棒阵列，即制备得到本发明的氧化锌基半导体的拉曼散射增强基底。

步骤2)所述的锌盐为醋酸锌。

步骤3)所述的反应的时间为4～6小时。

氧化锌纳米棒阵列与目标分子间有效的电荷转移过程，一方面会导致目标分子极化率张量被极大地放大，从而产生显著的表面增强拉曼散射信号；另一方面可以有效地淬灭目标分子的荧光背底，提高信噪比，使得目标分子的拉曼信号更容易被观察到。