[发明专利]一种SERS芯片的制备方法

说明书

本发明提供了一种SERS芯片的制备方法，通过超声喷涂法将含有金属纳米粒子的分散液喷涂在表面具有多个凹坑的衬底表面，通过挥发去除所述分散液的溶剂，使所述金属纳米粒子自组装在所述衬底的凹坑内。本发明采用超声喷涂打印制备SERS芯片，成本低，可以高通量制备优质SERS芯片，该方法制得的SERS芯片具有良好的SERS活性，极佳的均匀性，批次重现性以及极佳的稳定性，能够用于痕量物质的检测。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)技术，特别是一种SERS芯片的制备方法。

背景技术

表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)是通过金属纳米结构表面上或附近的探针分子与金属表面发生等离子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)相互作用从而引发拉曼增强散射，SERS产生的拉曼信号较普通拉曼散射会增强10³-10¹⁴倍。相对于其它光谱检测方法，SERS具备高灵敏度、高选择性和检测条件宽松三个明显优势，可广泛地应用于痕量分析、单分子检测、生物医学检测、表面吸附和催化反应等诸多领域。

SERS活性的高低依赖于基底的纳米结构，与其形状、尺寸以及间隙密切相关。早期的SERS基底，如电化学粗糙的金属电极或贵金属纳米溶胶滴干后形成的纳米粒子团聚体，由于其纳米结构具有随机性，导致SERS信号不均匀，目标分子信号重复性差，严重影响了SERS技术的发展和应用。

为了获得可重复的SERS信号，人们制备了一系列具有规则纳米结构的SERS基底。例如，有研究人员提出了一种单层膜结构的SERS基底，该SERS基底具有高度规则的纳米结构，均匀性优异，检测结果具有极高的重现性和可信度。然而，其增强因子(EF)仅有10⁶，限制了其在痕量分析中的应用。还有研究人员利用AAO模板为限域结构，通过原子蒸镀、磁控溅射、脉冲沉积或电化学沉积制备纳米粒子聚集体，并转移至PMMA基底上，但此方法仅能获得连续膜状结构，并不能形成有间隙的纳米粒子聚集体结构，因此热点效应不强，其增强因子并不理想。

SERS发展至今已近50年，然其广泛应用仍受限于优质基底的获得。

对于商业化的SERS基底的要求是：

(1)同一片基底需保证至少25mm²范围内点与点的误差必须降低到10％以内，最好维持在1％～2％以内。

(2)同一批次不同片之间误差也需维持在10％以内，最好保证在1％～2％以内，并且其高重现性可以在不同的实验室中获得。

(3)SERS增强因子需至少大于10⁵，10⁶的活性会更好——至少要测试3种以上非共振拉曼性质的探针分子，其可能为正电性、中性或负电性的。

(4)SERS活性需至少维持8个月，其中4个月处于实验室中，4个月在商场的货架上。

(5)最重要的是，其产量和价格需满足100 000片，$10/片，或1 000 000片，$1/片。

然而，到目前为止，仍未有令人满意的基底可以满足上述所有条件。因此，对于实际样品测试所用的基底，人们往往选择牺牲其中某一项或多项指标来满足其测试需要。例如，在定量测试中，基底的均匀性是至关重要的；在痕量分析中，往往追求最大的SERS增强活性；而在生物相关的检测中，基底的洁净性是首先需要考虑的因素。而对于SERS活性和均匀性俱佳的SERS基底，往往生产成本较高，且产量有限，难以满足日常检测需求。

基于上述情况，提供一种成本低廉、工艺简单、高度重现且具有高SERS活性的基底已刻不容缓。

发明内容