[发明专利]一种图案化核壳结构纳米粒子SERS活性基底及制备方法

说明书

本发明涉及一种图案化核壳结构纳米粒子SERS活性基底及制备方法，核壳结构纳米粒子由球状金(Au)粒子的壳层以及磁性镍(Ni)粒子的核层构成的；该图案化的Ni@Au核壳结构纳米粒子作为SERS活性基底，可用于高效单分子SERS检测。本发明利用直接激光干涉烧蚀与退火双层金属膜相结合的方法制备了大面积图案化的Ni@Au核壳结构纳米粒子。Au纳米壳与磁性Ni纳米核之间表面等离子体共振耦合效应使得该粒子具有相比于纯Au纳米粒子更优异的SERS性能。本发明为大面积、高通量、高灵敏度SERS活性基底的制备提供了一种简单的方法，在生物成像，安全检测及催化等领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种图案化核壳结构纳米粒子SERS活性基底及制备方法，属于激光拉曼检测技术领域。

背景技术

金(Au)纳米粒子阵列(NPAs)是良好的表面增强拉曼光谱(SERS：surfaceenhanced Raman spectroscopy)基底，是高灵敏度测量微量分子的有力工具。金纳米粒子与入射电磁辐射的共振相互作用促进了拉曼光谱散射的增强。近年来，随着等离子超材料和磁性超材料的发展，磁性纳米粒子和金纳米粒子的复合结构实现了单一材料的多功能性，已引起科学界的广泛关注。特别是金外壳磁性内核的核壳结构纳米材料，因具有化学惰性的表面层，在保留材料磁性的同时增加了生物相容性；同时纳米金与纳米磁性材料之间的等离子激元共振使其获得比纯金更强的SERS特性。

现有的双金属纳米粒子的制备工艺如湿法化学合成、光化学合成、溅射沉积、化学镀和电化学合成等获得的最终纳米结构通常是胶体，且需要多个工艺步骤([1]Major,K.J.；De,C.；Obare,S.O.Recent Advances in the Synthesis of Plasmonic BimetallicNanoparticles.Plasmonics 2009,4(1),61-78.)。此外，还需要额外的组装方法才能得到基底上的单层NPAs。近来已报道了一些NPAs的先进制造方法，例如通过双金属薄膜的激光退火制备的Ni-Au双金属NPAs([2]Nikov,R.G.；Nedyalkov,N.N.；Atanasov,P.A.；Grochowska,K.；Iwulska,A.；Sliwinski,G.Laser nanostructuring of Au/Ag and Au/Nifilms for application in SERS,SPIE:2013；Vol.8770.)；利用Fe₃O₄@Au纳米粒子的磁场诱导组装制备的Fe₃O₄@Au@Ag纳米花链([3]Ding,Q.；Zhou,H.；Zhang,H.；Zhang,Y.；Wang,G.；Zhao,H.3D Fe₃O₄@Au@Ag nanoflowers assembled magnetoplasmonic chains for insitu SERS monitoring of plasmon-assisted catalytic reactions.Journal ofMaterials Chemistry A 2016,4(22),8866-8874.)；利用超薄氧化铝掩模和沉积技术相结合制备Ni/Au复合NPAs用作SERS活性基底([4]Fu,Q.；Wong,K.M.；Yi,Z.；Wu,M.；Yong,L.Ni/Au hybrid nanoparticle arrays as a highly efficient,cost-effective and stableSERS substrate.Rsc Advances 2014,5(8),6172-6180.)等。尽管如此，这些方法仍受制备面积小和生产能力低的限制无法广泛应用。具有高重复性、高通量和高灵敏度的SERS活性基底的制备方法仍有一定的必要性和迫切性。