[发明专利]表面增强拉曼光谱的基底及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面增强拉曼光谱的基底，通过制备使得其上金属纳米粒子相间隔数纳米的基底以使得该基底即使在长期存储的情况下，也能够使得表面增强拉曼信号明显增强，还涉及了一种使用简单的设备大规模地、低生产成本地制备该表面增强拉曼光谱的基底的方法。其上具有相间数纳米的所述表面增强拉曼光谱的基底可以使用简单的设备大规模地、低生产成本地制得。此外，由于该金属纳米粒子之间的距离可以在再现地形成为数纳米，从而拉曼信号可以显著地提高，并且即便在长期储存下，该提高的拉曼信号也可以保持在高水平。

技术领域

下述说明书涉及一种表面增强拉曼光谱的基底以使得表面增强拉曼光谱信号显著提高(即使在长期存储的情况下)，通过使得金属纳米粒子在基底上相距数个纳米的距离而制得该基底，以及涉及一种使用简单设备下大规模地、低生产成本地制备表面增强拉曼光谱的基底的方法。

背景技术

拉曼散射或者拉曼效应是一种非弹性光子散射现象(inelastic photonscattering phenomenon)。当光子从原子或分子中散射而出，大部分光子为弹性散射(瑞利散射，Rayleigh scattering)，这种散射的光子与入射光子具有相同的能量(频率和波长)。小部分散射的光子(约千万分之一)被激发散射，使得该散射光子与入射光子具有不同的频率，而且通常低于入射光子的频率。在气体中，分子由于跃迁(transition)到另一个(通常更高)能级产生的能量的变化发生拉曼散射。当采用使用拉曼散射的拉曼光谱时，几乎所有的有机分子包括极性分子和具有感应极化性(induction polarizability)的非极性分子都显示出拉曼效应(拉曼位移)。因此这更适合生物分子的探测，例如蛋白质、基因等，因为它不受水分子的干扰。另一方面，特定的拉曼发散光谱的波长代表化学组成和结构特点，因此，可以直接使用拉曼信号分析材料。即使分析物能够被直接分析，但是除了学术研究以外并没有被实际使用，因为需要昂贵的设备去探测非常弱的信号并且信号的再现性很低。为了克服这样的缺陷，在1974年，Fleischmann等人报道了将吡啶吸附在银电极(通过连续氧化-还原循环被粗糙化的)上，来增强吡啶的拉曼信号。这种信号比预期的高了10⁶倍，最初他们解释原因在于表面粗糙化提供了额外的表面积。就是说，表面增强拉曼散射是当分子存在于金属纳米结构周围时显示出的目标分子的拉曼信号增强的现象。

表面增强拉曼散射分析可以提供很难通过通常的拉曼分析获得的信息。为了确定表面增强拉曼散射分析是否可能，需要研究被分析材料与表面如何相互作用。由于被分析材料和金属表面之间存在多种表面相互作用，使得增强拉曼信号(不能通过通常的拉曼分析提供)被吸收。当被分析的材料被金属表面吸收或接近金属表面，会出现表面增强拉曼散射。存在于金属和入射光界面的相干自由电子(coherent free electron)的振荡一定会有效地增强拉曼发射。这被称为表面等离子体(surface plasmon)提供电磁增强。入射光在金属表面产生表面等离子体(电磁效应)，通过与分析物相互作用(电荷转移效应)增强拉曼发射。

放置分析物的基底表面的粗糙度是表面等离子体的产生和拉曼信号的增强的重要因素。因此，研究开发了各种利用纳米技术来粗糙化基底表面以提供纳米结构，例如纳米级柱(nanometer-sized columns)，线性破碎表面(linear broken surface)或纳米粒子。

通常，金属纳米材料的光学性质、电学性质、物理和化学性质可以通过改变其尺寸、形状、晶体结构等控制。由Au或Ag组成的贵金属纳米粒子与光在可见光区域强烈共振产生强烈的吸收和散射。

表面等离子体的共振频率随各种因素而变化，例如根据金属纳米粒子的种类，例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd等，尺寸和形状，金属纳米粒子分散的溶剂，激光(入射光)种类等。因此，表面增强拉曼信号可以通过控制这些因素获得。