[發明專利]用于檢測毒品的高靈敏度SERS傳感器活性基底及其制備方法

有效

• 申請號: 201110205749.6
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102886933A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 楊勇;黃政仁;野上政行;鐘村榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所;日本名古屋工業大學
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;G01N21/65
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術領域

本發明屬于激光拉曼光譜和痕量毒品檢測技術領域，具體涉及一種用于檢測毒品的高靈敏度SERS傳感器活性基底及其制備方法；更具體地說，本發明涉及一種具有表面增強拉曼活性，重復率高的，可用于痕量化合物如毒品、爆炸物等探測的高靈敏度SERS傳感器活性基底及其制備方法。

背景技術

作為分析分子振動光譜的常用方法，激光拉曼技術已經被廣泛應用于鑒別物質的分子結構、分析表面結合狀態等領域。然而拉曼效應信號往往非常弱，當被測分子的濃度較小，或對表面吸附物質進行探測時，常規激光拉曼方法就顯得力不從心。表面增強拉曼散射(SERS)效應能夠使吸附在粗糙金屬基底表面的分子拉曼散射信號得到極大增強，因此被作為一種高靈敏度的表面分析探測技術，在痕量分析和定性檢測、表面科學、生物科學等領域得到了廣泛研究。

理想的SERS活性基底應具有制備方法簡單易行，表面粗糙度均勻、增強效果好、重復性好等特點。常用的制備SERS基底的方法：一是利用化學或電化學方法使金屬電極表面粗糙化，得到具有高比表面積的粗糙表面；另一種方法是制備具有納米尺度的金屬溶膠，將負載有金屬溶膠顆粒的基片作為增強基底。目前應用最多的增強基底是銀或金的溶膠顆粒，具有較強的SERS效應，但是信號重現性和穩定性差，不易存放。鑒于此，開發出一種同時具備簡單易行、表面粗糙度均勻、增強效果好，并有足夠的穩定性和重復性的活性SERS基底很有必要，這在拓寬SERS在痕量分定性檢測和單分子體系光譜等方面的應用具有重要的意義。

基于激光拉曼光譜發的爆炸物毒品探測儀器，其核心在于SERS傳感器的研制和開發；而SERS傳感器的關鍵技術在于探測頭上高靈敏度SERS活性基底的性能。該活性基底的好壞，可以導致探測濃度級別的差異甚至在10000倍以上，將極大的影響毒品探測系統的探測靈敏度和性能。現今報道的活性基底SERS增強因子基本上都在10⁶級別，用于超敏探測痕量毒品還有一定困難。比如國家十一五科技支撐計劃就要求對體液或尿液中毒品如氯胺酮、K粉等最低檢測限要達到100ng/ml，大致在100ppb級別。這一高靈敏度傳感器活性基底將對提高爆炸物毒品SERS探測儀靈敏度具有極大意義。

發明內容

本發明的目的是通過對貴金屬材料表面納米結構進行設計，以提供一種高靈敏度SERS傳感器活性基底，從而解決現有技術中存在的上述問題，用本發明的這種高靈敏度SERS傳感器活性基底應具有極高的SERS增強和靈敏度、附著性好、體積小、便攜性好。

本發明一方面提供一種SERS活性基底，所述SERS活性基底是涂覆在基片上的貴金屬納米錐體陣列結構，所述貴金屬材料為銀和/或金。在一個實施方式中，在所述貴金屬納米錐體陣列結構中，納米錐體根部直徑約為100-500nm，錐體針尖直徑為10-20nm，納米錐體長度為100-1000nm。在所述貴金屬納米錐體陣列結構中，納米錐體之間的間距為100-500nm。在所述貴金屬納米錐體陣列結構中，頂椎角為15-30度，錐體的中軸線與基底之間的角度為0-90度。

本發明另一方面提供一種采用氬離子沖擊方法制備本發明所述SERS活性基底的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)基片上形成貴金屬膜層；

(2)貴金屬膜層上“誘導”形成碳膜層；

(3)對覆蓋碳膜層的貴金屬膜層進行氬離子沖擊；

(4)清洗去掉多余碳膜層。

在本發明一個實施方式中，步驟1中采用的基片選自硅片、玻璃、鋼鐵、和/或塑料。所述貴金屬Au和/或Ag。所述貴金屬膜層的厚度為100nm到1000nm。所述貴金屬膜層采用磁控濺射或金屬蒸鍍形成在基片上。

在本發明一個實施方式中，步驟2中的所述碳膜層厚度為80-120nm，優選約為100nm。在本發明一個實施方式中，步驟3通過裝備有超高真空和考夫曼(Kaufman)型離子槍的離子束系統來進行。

在上述方法中，步驟2首先在貴金屬膜層(例如銀膜)表面沉積一層碳膜，作為“模板”誘導形成錐體納米結構，所述碳層厚度優選為100nm左右。