[发明专利]SERS单元及SERS系统

说明书

本发明公开了一种SERS单元、SERS芯片以及SERS检测系统，SERS单元包括基材和多个纳米粒子聚集体，基材包括由第一材料构成的第一层、设置在第一层上方且由第二材料构成的第二层，第二层的上表面分布有多个纳米凹陷部；每一个纳米粒子聚集体由多个纳米粒子聚集形成，且每一个纳米粒子聚集体分别被一对应的纳米凹陷部所限制。本发明的SERS单元及SERS芯片具有高SERS活性（EF~10⁸），高均匀性（任意1μm²点误差<10%），极佳的稳定性（>1年）和批次重现性（误差<15%）等优点，可广泛应用于物质的痕量分析或生物分子的检测，同时该SERS单元及芯片制备简单，能大面积、大规模生产。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)技术，特别涉及用于表面增强拉曼检测的芯片及其制备方法与应用。

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活性的高低与SERS芯片(又称SERS基底)的结构尤其是其上的纳米结构密切相关。早期的SERS芯片，如电化学的粗糙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，CN103590037A公开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，检测结果具有较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。还有些研究人员通过原子蒸镀、磁控溅射、脉冲沉积或电化学沉积制备纳米粒子聚集体，获得了较高的增强因子，但是制备工艺复杂，可控性差，成本高，从而很难实现规模化推广应用。

随着人类社会的发展，在食品卫生，环境污染，公共安全方面的痕量物质检测需求越来越高。而具有超高灵敏度的SERS技术(甚至可实现单分子检测)发展至今虽然已近50年，却因受限于低成本高质芯片的获得，而无法广泛应用于痕量物质检测中。有鉴于此，提供一种成本低廉、制备工艺简单、高度重现且具有高SERS活性而能够广泛用于痕量分析的芯片具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型结构的高性能SERS单元，适合产业化生产。

本发明第一方面提供一种SERS单元，其包括：

基材，其包括由第一材料构成的第一层、设置在第一层上方且由第二材料构成的第二层，所述第二层的上表面分布有多个纳米凹陷部；

多个纳米粒子聚集体，每一纳米粒子聚集体由多个纳米粒子聚集形成，且每一纳米粒子聚集体分别被一对应的纳米凹陷部所限制。

根据一些实施例，所述第一材料为金属或合金。所述第二材料为金属氧化物或非金属氧化物。根据一些实施例，所述第一材料为铝，所述第二材料为氧化铝。

根据一些实施例，所述纳米粒子聚集体含有的纳米粒子的平均个数为3～6个。

根据一些实施例，所述的纳米粒子聚集体通过所述纳米粒子在所述纳米凹陷部内自组装形成。

根据一些实施例，相邻两个所述纳米凹陷部之间的距离不超过100nm，优选不超过50nm，更优选为10nm～30nm。