[发明专利]基于激光调谐等离子体共振的制备超晶格SERS基底方法

说明书

本发明公开了基于激光调谐等离子体共振的制备超晶格SERS基底方法，属于纳米材料学和激光拉曼检测技术领域。该方法通过采用激光近场还原技术，制备周期性金属纳米团簇组装的等离子体超晶格SERS基底，通过控制晶格周期的变化，引起额外的衍射共振来调谐基底的LSPR范围，以扩增至近红外区域，突破了常规基底的共振频率范围。通过调节SERS基底的晶格周期，将基底的LSPR调谐至近红外波段，并用更长波段的激发光作为激励源，由此产生的信号不仅避开了荧光产生的区域，还实现了SERS增强信号的机理，可以实现对荧光物质快速、准确地定性定量分析。该方法对SERS基底如何消除荧光背景提供了一种新的研究方法，并将该研究思路应用于荧光物质的检测领域提供了一种新的思路。

技术领域

本发明属于纳米材料学和激光拉曼检测技术领域，具体涉及一种利用激光近场还原技术制备可调谐等离子体共振的等离子体超晶格SERS基底。属于生物化学光谱检测领域。

背景技术

表面增强拉曼光谱(SERS)是在拉曼散射的基础上发展起来的一种振动光谱，它具有窄带宽的特殊特征峰，反映了分子结构的振动和转动信息，即指纹特征。考虑到粗糙的贵金属纳米颗粒阵列形成的局域等离子体共振(LSPR)以及纳米粒子与分子之间的吸附作用，SERS 基底产生的拉曼信号强度比普通的拉曼散射强度提高了10⁶到10¹⁵倍，因此具有很高的灵敏度。特别是在检测痕量物质时，SERS基底因为其较高的灵敏度，对待测物质有着较低的检测下限。

但是伴随着收集SERS光谱的过程，会产生荧光背景及其他噪声，尤其对于一些荧光物质，甚至会存在荧光信号强于拉曼信号的情况，导致拉曼信号被覆盖，这主要是由于基底和待测物吸附分子的光致发光(PL)产生的。这将不利于快速、准确提取相应的拉曼特征峰，会降低拉曼标记的特异性。

避免荧光背景干扰通常有三种方法，一种是通过光谱数据处理的方法去除荧光背景，现有基线校正方法存在估计基线偏低、校正后光谱抬升的现象，导致后续进行数据分析时造成准确率降低的缺点。同时，通过特征提取、建模等方法进行数据处理消除荧光背景，其复杂的二次处理数据过程，不利于广泛的市场应用。第二种是在收集拉曼光谱时采用猝灭荧光增强分子的方法，但是这种方法往往需要复杂的工艺和昂贵的材料制备基底，适用于生物细胞方面的检测，对于其他领域的应用，尚存在推广的难题。第三种方法是在收集拉曼信号时避开荧光信号产生的波段区域，要么是采用更短波段的激发光来避开荧光区域，要么是采用更长波段的激发光来避开荧光区域。但是对于一些在长波段才能产生特征峰的待测物质来说，如果采用短波段的激发光，只会产生极少的特征峰，甚至不产生特征峰，这将不利于对待测物质的定性定量分析。当采用更长波段的激发光来避开荧光区域时，采集到的拉曼信号往往较弱，这是由于SERS基底通常为粗糙的贵金属纳米颗粒阵列，贵金属纳米的LSPR集中在 400-600nm的较短波长区域，而激发光波长在较长波段区域，这会导致拉曼信号增强效果不明显。而SERS实现信号增强的机理就是当基底的LSPR的能量接近拉曼激发光波长的能量时，可以提高SERS的增强效果，因此，当选择较长波段(红外)的激发光来避开产生荧光背景的波段时，如何将SERS基底的LSPR同样扩增至红外区域是目前存在的难题。

发明内容