[发明专利]基于飞秒激光制备超亲水-超疏水复合SERS基底的方法

说明书

本发明涉及一种基于飞秒激光制备超亲水‑超疏水复合SERS基底的方法，属于激光应用技术领域。该方法采用飞秒激光选择性沉积实现超疏水表面与亲水基底的结合，后用激光直写选择性加工出超亲水区域，实现图案化超亲水‑超疏水相间表面的制备。这种制备方法仅需飞秒激光，且无需移动样品，适用于任意本征亲水基底，为超亲水‑超疏水复合SERS基底的制备提供了一种简单高效、灵活、适用范围广的加工方案。此外在液滴浓缩过程中辅助加热，利用水蒸气膜使含目标分子和Au纳米颗粒的液滴完全浓缩至超亲水区域，实现浓缩面积的可控从而输出稳定拉曼检测信号。

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒激光制备超亲水-超疏水复合SERS基底的方法，属于激光应用技术领域。

背景技术

拉曼光谱由于能提供目标分子的指纹信息，具有较高的灵敏度，被认为是目前最有前途的分析方法之一，在生化分析中起着至关重要的作用。在超痕量检测中，目标分子在溶液中过于分散导致无法检测到拉曼信号，限制了拉曼的检测极限。近年来，超疏水表面增强拉曼散射(SERS)基底通过使溶液保持疏水状态，将其浓缩到有限面积从而限制溶液扩散，以此实现单位面积内目标分子数量的提升进而增强拉曼信号。但是，液滴浓缩过程中浸润性转换现象阻止液滴接触面积的进一步减少，限制了灵敏度的进一步提高。除此之外，超疏水SERS基底上液滴的最终浓缩位置不可确定，且其每次浓缩的面积不受控制，缺乏稳定复现能力，这导致SERS基底在实际应用过程中存在困难，例如难以定位目标分子并获得稳定的信号等。因此，控制和降低待检测溶液在超疏水SERS基底上的最终浓缩尺寸对超痕量检测的实际应用而言仍是关键挑战。

通过引入差异性润湿区域制备的复合浸润性SERS基底能够成功地将分析物溶液浓缩到相对小的区域并提高了检测极限，其中超亲水-超疏水复合表面效果最佳。然而，已报道的复合浸润性SERS基底的制备方法大多步骤繁多，需多步完成微纳复合结构加工、表面化学改性和表面局部去除化学改性等过程；大多数化学改性过程对环境并不友好，会造成生态污染；且需要昂贵的设备或复杂的操作，如聚焦离子束切削工艺价格昂贵，电子束光刻加工步骤复杂、所需设备繁多等。此外，传统方法通常需要将样品进行转移以适应不同工序，制备效率较低，对实际应用中的大批量生产提出了挑战。同时，虽然复合浸润性SERS基底已能实现较好的拉曼散射增强效果，但仍无法定量控制浓缩面积从而获得稳定信号。因此目前迫切需要一种能够简单、高效加工超亲水-超疏水复合SERS基底的方法，并使其实现稳定的浓缩结果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有复合浸润性SERS基底制备步骤复杂、效率低下且不能定量控制浓缩面积从而获得稳定信号的问题，提供一种基于飞秒激光制备超亲水-超疏水复合SERS基底的方法。该方法采用飞秒激光选择性沉积实现超疏水表面与亲水基底的结合，后用激光直写选择性加工出超亲水区域，实现图案化超亲水-超疏水相间表面的制备。这种制备方法仅需飞秒激光，且无需移动样品，适用于任意本征亲水基底，为超亲水-超疏水复合SERS基底的制备提供了一种简单高效、灵活、适用范围广的加工方案。此外在液滴浓缩过程中辅助加热，利用水蒸气膜使含目标分子和Au纳米颗粒的液滴完全浓缩至超亲水区域，实现浓缩面积的可控从而输出稳定拉曼检测信号。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

基于飞秒激光制备超亲水-超疏水复合SERS基底的方法，具体步骤如下：

步骤一：将透明的本征疏水材料贴合在本征亲水材料上表面，本征疏水材料作为供体，本征亲水材料作为接收基底；

步骤二：飞秒激光穿透并聚焦在供体材料下表面；

步骤三：利用激光直写对供体进行烧蚀，形成微纳复合结构，同时利用局域等离子体喷发的冲力将所述微纳复合结构转移至接收基底，得到覆有超疏水结构的接收基底；由于供体材料表面自由能较低，根据Wenzel模型理论，该微纳复合结构呈现超疏水特性，因此本步骤能够实现亲水基底上超疏水表面的加工；