[发明专利]表面增强拉曼散射基底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种表面增强拉曼散射基底及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)兼具高灵敏性和光谱准确性的优异性质，因而其在化学及生物分子检测领域具有极大的应用价值。近年来，金、银等纳米粒子的局域表面等离子共振(SPR)产生激发与散射光谱被广泛应用于SERS的研究。如S.Nie等利用纳米尺度银“热粒子”将SERS信号提高了10¹⁴倍，从而实现了SERS对单分子的检测。然而当待测物水溶液的浓度非常小时，即使采用这种纳米粒子也无法对其进行检测，这是由于待测物在SERS基底上的分布范围和分布均匀性不可控。

为了实现对较小浓度的待测物水溶液的检测，现有技术提出了一种疏水收缩理论。如果SERS基底为亲水性的，待测物水溶液滴上以后会铺散到基底表面的较大范围内，其中的待测物就会随着水溶液在基底上的大范围内铺散开，使得单位面积基底上的待测物分子大大地减少，导致检测限大大地降低。而在疏水或超疏水的基底的表面，待测物的水溶液在滴上后不会铺散开，而是形成一个近似于球形的液滴。随着溶剂的挥发，液滴与基底的接触面积就会减小，使得待测物的铺散受限，因此待测物最终只能分布在基底的较小的范围内，从而实现了待测物在SERS基底上的浓缩。

基于疏水收缩理论的优点，现有技术中公开了制备超疏水表面增强拉曼散射基底的方法。如Gentile F.等采用硅做基底材料，通过光刻蚀、电子束刻蚀，制得了有序的硅纳米棒阵列，再通过表面沉积使银纳米粒子沉积到硅纳米棒的顶端，然后通过浸泡的方式用十八烷基硅氧烷修饰硅纳米棒阵列的表面，得到超疏水的表面增强拉曼散射基底(Gentile F.，Das G.，Coluccio M.L.，Mecarini F.，Accardo A.，Tirinato L.，Tallerico R.，Cojoc G.，Liberale C.，Candeloro P.，Decuzzi P.，De Angelis F.，Di Fabrizio E..Ultra low concentrated molecular detection using super hydrophobic surface based biophotonic devices.Microelectronic Engineering 2010，87，798～801.)，然而这种方法对基底的构建过程技术难度大，不利于推广；为了获得制备过程简单的表面增强拉曼散射基底，Xu F.G.等应用化学法，构筑了氧化锌三维纳米阵列，而后在氧化锌纳米阵列上镀银，最后通过在其表面修饰硬脂酸，即疏水化处理最终得到SERS基底(Xu F.G.，Sun Y.J.，Zhang Y.，Shi Y.，Wen Z.W.，Li Z..Silver nanoparticles coated zinc oxide nanorods array as superhydrophobic substrate for amplified SERS effects.J.Phys.Chem.C，2011，115，9977～9983.)，但是这种表面增强拉曼散射基底通过对整个基底进行疏水化处理得到，其对待测物水溶液的浓缩度依然较低，以5μL的待测物水溶液为例，其在上述SERS基底上形成的微球的直径约为3.6mm，此时形成的液滴微球体积仍然较大，依然会使待测物水溶液分散出SERS中心热点区域的范围，对于SERS信号的提高程度依然较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面增强拉曼散射基底及其制备方法，本发明提供的表面增强拉曼散射基底提高了对待测物水溶液检测的信号强度，提高了对待测物检测的灵敏度。

本发明提供一种表面增强拉曼散射基底，包括硅基材和设置于所述硅基材上的化学修饰层，所述化学修饰层包括：

亲水硅烷化合物层和包围所述亲水硅烷化合物层上的疏水硅烷化合物层，所述亲水硅烷化合物层的面积小于7.5mm²；

所述亲水硅烷化合物层上设置有单层金属纳米粒子层。

优选的，所述亲水硅烷化合物层为直径小于等于3.0mm的圆，其圆心与所述硅基材的中心点重合。

优选的，所述亲水硅烷化合物为氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷或3-脲丙基三乙氧基硅烷。

优选的，所述金属纳米粒子为银纳米粒子、金纳米粒子或铜纳米粒子。

优选的，所述疏水硅烷化合物层包括第一疏水硅烷化合物和第二疏水硅烷化合物的疏水硅烷；