[发明专利]ZnO-Ag表面增强拉曼散射芯片与制备、保存方法以及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种可长期储存的高敏表面增强拉曼散射芯片以及制备方法和对痕量炸药检测的应用。

背景技术

美国“9.11”事件发生以来，世界范围内的恐怖分子利用隐藏爆炸物进行讹诈、劫机，制造机毁人亡、火车爆炸等恐怖悲惨事件频繁发生，造成大量人员伤亡和巨大的财产损失，严重威胁了人们的正常生活。国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)特别指出要开发包括保障食品安全、生物安全及社会安全等公共安全重大装备和系列防护产品，促进相关产业快速发展。为了把爆炸恐怖活动遏制在未遂状态，人们把目光更多地投注在依靠科技手段对爆炸物的探测和识别上。

其中，在爆炸物事件中出现的21种化合物，都含有TNT等硝基化合物。美国环境保护局(Environmental Protection Agency，EPA)研究证实，以TNT为代表的多硝基芳香类物质都可能有致癌作用。若不加以处理，任其流入河流，湖泊，土壤，将对生命体产生巨大危害。其次，TNT等硝基化合物，其熔点较低，容易发生固体升华迁移，在贮存和运输中受环境影响较大，需要进行状态实时监测。据此，炸药的检测不仅与反恐事业紧密关联，在环境保护、医学、军事领域也有同样重大深远的研究意义。

目前，针对TNT等炸药的检测技术大都存在一些缺点，无法完全达到预期效果，满足实际工作中对炸药检测的需求。因此，发展高灵敏，快响应，痕量无损的炸药探测技术，显得尤为重要。

表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，下称SERS)技术，是在20世纪70年代发现，90年代后发展成熟起来的一种新型高灵敏度光谱分析技术。SERS技术的基础是物质分子的拉曼光谱信号在特定的金属纳米材料(如金、银、铜等的纳米粒子(Nanoparticles，NPs)表面可以得到极大增强(10⁶～10¹⁰倍)。概而言之，SERS技术的突出优点表现在三方面：1)具有极高灵敏度，单分子SERS分析已经有广泛报道；2)与红外光谱相似，可以用于物质定性分析，即除了可以回答有多少的问题，还可以根据物质的SERS光谱确定是什么；3)可以实现便携而不牺牲分析性能。此外，SERS光谱半峰宽仅为1nm左右，多种分析物同时检测时物质之间不易发生干扰。

然而，单一的贵金属在保存上有一定的局限，如银材料，增强活性极高，却很容易被氧化，从而丧失共振效应，导致基底材料失活。影响实际检测中基底的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种能满足痕量炸药检测的ZnO-Ag表面增强拉曼散射芯片及其制备方法、用途。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种ZnO-Ag表面增强拉曼散射芯片的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将硅片用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，所述硅片表面具有单一的晶型取向；

步骤二：将磁控溅射仪腔室抽至压力为1×10^-1到1×10⁴毫米汞柱范围内的真空，蒸镀一定时间，采用纯度为99.99％的金属锌为靶材，在步骤一清洗干净的硅片上蒸镀Zn纳米层，获得的晶种膜为Zn晶体。

步骤三：将硝酸锌与六次甲基四胺成1:1的比例配置成溶液，搅拌1小时，保证两者混合均匀，将步骤二制备有晶种膜的硅片成一定角度放入混合液中，水浴恒温，控制反应温度高于90℃，反应时间大于2小时，把硅片取出，用去离子水清洗硅片2至3遍后，放入烘箱烘干，取出硅片，在硅片表面得到均匀的ZnO层；

步骤四：将磁控溅射仪腔室抽至压力为1×10^-3到1×10^-6毫米汞柱范围内的真空，采用纯度为99.99％的金属银为靶材，蒸镀一定时间，在步骤三制备好的ZnO纳米层上沉积Ag纳米颗粒，得到ZnO-Ag复合层，即为ZnO-Ag表面增强拉曼散射基底。

步骤五：将步骤四制备好的ZnO-Ag复合物硅片浸入到探针修饰溶液中，通过自组装获得具有探针分子的表面单分子层，该单分子层通过巯基吸附于复合物ZnO-Ag表面。获得针对炸药具有表面增强拉曼活性的探测芯片。

步骤六：对于储存时间较长而失去拉曼活性的基底，取出后置于光源下进行光化学反应，可以获得恢复拉曼活性的基底。

在上述ZnO-Ag表面增强拉曼散射基底的制备方法中，优选的是，所述硝酸锌溶液的浓度为0.01至0.05mol/L。