[发明专利]通过表面增强拉曼光谱(SERS)形成光传感用基底的方法及由此方法形成的基底

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及且要求于2011年8月19日在新加坡国家知识产权局提交的、且正式指定的系列号为201106015-9的申请的优先权益：“一种利用定向自组装金纳米颗粒、在用于分子分析物的高性能SERS基遥测的光纤插口上制造金属纳米阵列的方法”。在此为所有目的引入所述于2011年8月19日提交的申请的全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种形成基底的方法。特别地，本发明涉及一种通过表面增强拉曼光谱(SERS)形成用于光传感的基底的方法，及由此方法形成的基底。

背景技术

振动分光镜技术，例如红外线(IR)，标准拉曼光谱以及表面增强拉曼光谱(SERS)已被用于分析物探测。在这些中，由于通过利用被吸收的SERS活性分析物分子与金属基底表面的相互作用来增强拉曼光谱强度，使SERS已发展成用于分析物探测的最灵敏技术之一。

SERS基底的主要用途就是用于生物传感器。对于具有10^-29cm²的极小横截面拉曼散射面积，拉曼散射信号先天很弱。与先前所理解的激光激荡频率构成增强信号的原理不同，基底表面上拉曼热点的密度目前被认为是影响拉曼信号强度的主要因素。例如，对于包含纳米颗粒的SERS基底，拉曼热点可以存在于彼此邻近的相邻金属纳米颗粒之间的间隙或结点中。对于分析物分子，已利用原子力显微镜(AFM)表征法和SERS研究将这些热点确定为化学吸收点。两个纳米颗粒的近汇聚会促使它们各自的跃迁偶极子的偶合，跃迁偶极子由处于振动中的弹道载流子组成。它们电磁(EM)场的相干干涉会导致在耦合的等离子共振子中发生红移，且会导致信号强度的放大。因而，已发现拉曼信号的强度与热点的数量成比例。已经报道了通过改变SERS基底上的拉曼热点的密度，信号振幅增加至14数量级。

虽然近些年已经将SERS确定为一种重要的分析技术，但是对于生物和环境感测中广泛使用的技术仍然对改进相关基底存在需求。由于众多挑战，因此远远限制了SERS技术的商业化。

首先，为了获得有效的生物感测能力，要本质上大大改进拉曼信号。因为SERS基底构成SERS测量的关键组件，所以多个小组已经尝试提供改进的SERS基底。一般地，一个优良的SERS基底应该能够可靠重复性的产生最佳的拉曼信号增强。然而，现有技术的SERS基底通常会经受贯穿其表面的不均匀的增强，因为现有基底制造技术目的是增强用于单分子探测的信号，且结果是产生高局部化的热点集合。对于实际应用，具有高重复性的基底是更适合的，因为它们允许一致SERS结果产生。

其它涉及基底的问题包括相同基底上的不同部分的不一致信号增强、信号的批次变化、制造的复杂性、大批量制造的成本效益、基底的稳定性以及探测大范围分析物的能力。

即使已经使用例如电子束光刻等技术来在基底上制造精确且良好定义的金属阵列，以克服这些重复性问题，但是这些方法价格昂贵且耗时。此外，这些技术缺少在肉眼可见范围上制造阵列的能力，因此产生可量测性方面的问题。现有技术也不是通用的，其中它们不能用在一些类型材料的表面上，且不能够用在非平面表面上。

在SERS技术的一个特殊方面，光纤已经用于原位监控。这种方法比传统的基于基底的方法具有更多优点，例如紧密、挠性和遥控感测能力。因此，可以延伸至光纤的有成本效益和可靠的基底制造技术在将SERS基感测实际利用到许多范围中保持很大价值，例如，生物工艺工业、化学反应的实时监控和活性有机体生物感测、以及有毒化学/生物战争药剂的监控。

在胺或硫醇端基硅烷自组装单层(SAMs)上使用金纳米颗粒的自组装，在光纤上获得传统的二维金或银纳米颗粒阵列。但是，缺少自组装工艺的重复性的不一致性、SERS中的低信号增强、以及导致不透明光纤插口的在光钎端头上形成任意多层的可能性是影响这项技术利用的问题。

即使已经使用了例如UV光刻和纳米印码等技术，这些技术仍然受到涉及信号增强、和制造便利的限制。为了实现更高信号增强，研究人员已经于金属纳米颗粒溶液中使用在端头具有SERS基底的光纤，以增加热点的数量。但是，这种方法麻烦且不能转用到生物环境，因为纳米颗粒溶液不能经受生物介质的苛刻的离子环境。

综合以上，仍然对用于利用SERS进行光传感的改进基底、以及用于形成克服至少一个或多个上述问题的基底的改进方法存在需求。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种制造金属纳米阵列基底的方法，所述方法包括：

a)提供支撑结构；