[发明专利]一种基于微纳米复合结构和纳米颗粒的拉曼检测芯片及其制备方法与应用

说明书

本发明属于拉曼检测技术领域。尤其涉及一种基于微纳米复合结构和纳米颗粒的拉曼检测芯片及其制备方法与应用。所述芯片包括金属基板，该金属基板上分布有微米尺度的凸起结构，所述凸起结构上分布有纳米尺度的凹陷结构，所述凹陷结构中分布有银纳米颗粒，金膜覆盖于所述凸起结构、凹陷结构和银纳米颗粒上。本发明通过将微纳米复合结构、银纳米颗粒、金薄膜复合到一起，彼此之间可以起到协同效果。另外，微纳米复合结构有序排列在金属薄板表面，银纳米颗粒通过纳米凹坑的限位，从而保证多次、不同位置测试时信号是完全一致，信号可重现性优异。最后，由于检测芯片最外层是一层金薄膜，具有非常稳定的物理化学性质，保证芯片具有良好的稳定性。

技术领域

本发明属于拉曼检测技术领域。尤其涉及一种基于微纳米复合结构和纳米颗粒的拉曼检测芯片及其制备方法与应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

大多数癌症发病隐匿，恶性程度高，早期不易发现，预后极差。因此，提高癌症早期诊断率是提高总体疗效的关键所在，在癌症诊治中起着至关重要的作用。表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)在拉曼光谱基础上发展而成，通过引入贵金属纳米颗粒，基于其局域表面等离子体共振效应，拉曼光谱信号强度可提升高达10¹⁴～10¹⁵倍，从而可对目标物的分子组成进行高灵敏度检测，具有类似“指纹识别”的特性，为癌症的早期诊断提供了一种有效技术方法。想要实现拉曼检测芯片的产业化应用，亟需解决如下关键技术问题：(1)提高信号增强性能，癌症早期需要检测的目标物质浓度往往非常低，因此需要极高的检测灵敏度；(2)信号可重现性，需要保证将待检测试样滴到芯片不同位置进行多次测试时，得到的结果完全一致，即信号可重现，才可能实际应用；(3)稳定性，制作芯片所用的银等材料遇到空气氧化，酸/碱环境腐蚀金属材料，导致芯片难以长时间有效，限制了其大规模应用。

公开号为CN 109187487 A的专利文献公开了一种银纳米团簇表面增强拉曼散射基底。然而，本发明人研究发现：该技术基于单一尺度的纳米银颗粒实现拉曼信号增强，由于纳米银颗粒随机分布，无法保证多次测试的可重现性。公开号为CN 110314830 A的专利文献公开了一种基于单层有序纳米颗粒阵列的柔性表面增强拉曼散射基底。然而，本发明人研究发现：该技术在平面上铺设单层纳米颗粒，相比于在微纳米复合结构表面铺设纳米颗粒，形成的“热点”数量有限，信号增强性能有待进一步提高。公开号为CN 110220881 A的专利文献公开了一种基于纳米结构和有序纳米颗粒的柔性SERS基底及其制备方法和应用。然而，本发明人研究发现：该技术基于单一尺度的纳米结构和纳米颗粒，相对于微纳米复合结构，产生的“热点”数量少，信号增强功能有待进一步提高。此外，为了减弱聚合物基底材料产生的拉曼信号对被测物的干扰，往往需要沉积很厚的金属薄膜进行掩盖，但金属薄膜厚度需兼具干扰信号和信号增强的作用，厚度不是任意的，增强了设计制造难度。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于微纳米复合结构和纳米颗粒的拉曼检测芯片及其制备方法与应用，这种拉曼检测芯片具有增强效果优异、信号可重现性强、稳定性好等技术优势。为实现上述目的，本发明公开下述的技术方案。

本发明的第一方面，公开一种基于微纳米复合结构和纳米颗粒的拉曼检测芯片，包括金属基板，该金属基板上分布有微米尺度的凸起结构，所述凸起结构上分布有纳米尺度的凹陷结构，所述凹陷结构中分布有银纳米颗粒，金膜覆盖于所述凸起结构、凹陷结构和银纳米颗粒上。

进一步地，所述金属基板的材质包括金、银、铜、铂等具有拉曼增强效果的金属材料中的任意一种。

进一步地，所述凸起结构呈阵列式分布在金属基板的表面，包括六边形阵列、矩形阵列、圆形阵列中的至少一种。