[發明專利]一種表面增強拉曼檢測試紙及其應用

無效

• 申請號: 201210118744.4
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102628809A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 孫洪波;徐彬彬;陳岐岱;徐穎;張然
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;C23C14/18;C23C18/42;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于超靈敏測試分析技術領域，具體地說是涉及一種可大規模制備、可廣泛應用、高效、環境友好的表面增強拉曼檢測試紙及其在檢測有拉曼信號的生物或化學探針分子方面的應用。

背景技術

表面增強拉曼散射技術(SERS)是拉曼光譜分析中的重要技術。作為一種重要的痕量分析檢測手段，自問世以來被廣泛研究和應用。SERS檢測可使增強因子達到10¹⁴～10¹⁵，使單分子檢測成為可能。表面選擇定則和共振增強的選擇性使得SERS可以在極其復雜的體系中僅僅增強目標分子或基團，得到簡單明了的光譜信息。另外，SERS光譜可以方便地用于水溶液體系，而且檢測的樣品可以是固態、液態和氣態甚至是生物活體。

表面增強拉曼散射技術與普通拉曼檢測相比能夠產生巨大的增強主要來源于兩個機制：一是物理增強機制即局域等離子體共振模式引起的電磁場增強機制，其是通過將入射光控制在納米尺寸范圍內引起金屬納米粒子局域電場顯著增強實現的，SERS增強因子與局域電場強度的四次方(|E|⁴)成正比；第二種增強機制是化學增強，來源于分子和金屬納米粒子之間的相互作用引起分子激發或者產生電荷轉移從而引起共振增強。其中物理增強的貢獻起主導作用(10⁵～10⁸)，化學增強貢獻偏小(10～10³)。所以制備合適的金屬納米粒子材料作為基底來增強局域電場(控制物理增強)對SERS檢測至關重要。

SERS檢測中，通常選擇粗糙的貴金屬表面、金屬納米粒子溶膠、周期性金屬微納結構等作為基底材料。各式各樣的粗糙金屬表面和微納結構已經被很多傳統的方法實現，如通過化學合成控制納米粒子的形狀尺寸進行自組裝的方法，物理氣相沉積方法(PVD)，電子束刻蝕(EBL)方法，聚焦離子束刻蝕(FIB)方法，納米球刻蝕(NSL)方法等。

在科學研究和醫療等領域，作為方便快捷的分析和測試媒介，酸堿度(pH)試紙、葡萄糖檢測試紙、尿液檢測試紙、酯類檢測試紙等得到了廣泛的應用。但目前為止在SERS檢測技術領域，還沒有制備出能走出實驗室實現同時滿足大規模、低成本、高效率和環境友好的SERS檢測試紙。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可大規模制備的低成本、高效率、環境友好兼具柔韌性的表面增強拉曼檢測試紙。

本發明通過研究各種纖維制紙的天然微納結構，并以其為框架結構通過物理氣相沉積(PVD)或者化學鍍技術在紙纖維表面覆蓋貴金屬形成表面增強拉曼檢測熱點(hot?spots)區，從而獲得表面增強拉曼檢測試紙。

經研究發現紙的纖維是由多級天然結構組成，包括微米尺度纖維、表面褶皺結構微納纖維、納米尺度纖維。以表面褶皺結構微納纖維和納米尺度纖維為模板制備的金屬褶皺納米纖維結構會由于尺寸、周期和粗糙度的共同作用使入射光在褶皺纖維表面產生局域電場增強，檢測限可以達到10^-10mol/L。該發明取材于天然纖維結構，柔韌性好，成本低，對環境無污染，可以大批量制備。

本發明所述的表面增強拉曼檢測試紙，其特征在于：是通過物理氣相沉積(PVD)或者化學鍍技術在具有天然纖維微納多級結構的紙表面覆蓋貴金屬層后得到。其包括如下內容：

(1)研究紙的天然纖維微納結構，模擬同等尺寸金屬褶皺和納米結構的局域電場增強情況；

(2)通過物理氣相沉積或者化學鍍工藝以紙的纖維結構為框架模板制備特定的厚度和形貌的貴金屬微納結構，完成SERS試紙的制備；

(3)測試SERS試紙的性能；

(4)通過氣體保護對SERS試紙進行罐裝封裝。

本發明所述方法其更為具體的方法如下：

(1)針對紙的天然纖維微納多級結構，模擬同等尺寸金屬褶皺和納米結構的局域電場增強情況；

所述的紙是指經過制漿處理的植物纖維的水懸浮液，在網上交錯的組合，初步脫水，再經壓縮、烘干而成的片狀纖維制品。包含實驗用紙(如濾紙、硫酸紙)、生活用紙(餐巾紙)、工業用紙(如報紙、打印紙等)。

所述的天然纖維微納多級結構，主要包括微米尺度(20～100μm)結構、表面褶皺結構微納(400～1000nm)結構、納米尺度(20～100nm)結構。

所述模擬是指通過有限時域差分(FDTD)、離散偶極子近似(DDA)、有限元方法(FEM)等理論工具對以紙褶皺和納米纖維結構為框架模板的金屬褶皺和金屬納米纖維進行場強分布的模擬。

所述的金屬包括金、銀等等離子體性質好的貴金屬。