[發明專利]一種具有表面增強拉曼散射效應的活性基底的制備方法

無效

• 申請號: 201210148446.X
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102759520A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 許海軍;廛宇飛;蘇雷;張常興;孫曉明
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域：

本發明屬于拉曼光譜檢測技術領域，特別涉及一種具有多重結構的、基于表面增強拉曼散射效應的金屬/化合物半導體納米線活性基底的制備方法。該種方法簡單易行，重復性高，制備出的傳感器基底具有靈敏度高、檢測速度快且普適性廣等特點，如該傳感器活性基底可以應用于食品中殘余農藥分子的快速痕量檢測、嬰幼兒奶瓶的原材料中是否存在有害物質雙酚A、或自來水水體中是否殘留有過量多氯聯苯等有毒有害物質等。由本發明實現的現場快速檢測出有毒有害物質，特別是痕量物質，是目前食品、自來水等領域安全檢驗、監測等方面亟需的應用型技術。

背景技術：

隨著我國社會經濟的發展、人民生活水平不斷提高，對于日常生活食品安全、環境污染等方面檢驗、監測的要求也越來越嚴格。農藥在為農業生產水平帶來極大提高和促進的同時，痕量農藥在農產品上的殘留卻嚴重地影響著消費者的身體健康；在食品加工行業中，常常有不法分子使用成本較低的工業染色劑替代食用色素，使消費者權益難以得到保障；一些國家明令禁止或限制使用的化工原材料仍然被大量用來生產與食品包裝等相關的塑料制品，也對食品安全造成巨大影響。除上述問題之外，諸如防腐劑，香精等食品添加劑的過度使用均使得現今我國食品安全方面存在巨大隱患，所以亟需一種現場快速檢測痕量有毒有害物質的方法來為食品安全提供技術保障。

目前常用的檢測痕量有毒有害物質的方法有如下幾種：氣相色譜法、活體生物監測、免疫法檢測、酶抑制法檢測、比色法、化學法等。這些檢測方法難以兼顧高精度的檢測極限與方便快捷的現場快速檢測，而拉曼光譜分析技術因具有“指紋”圖譜特征則有望成為現場快速進行痕量有毒有害物質檢測的一項新技術。

1928年，印度科學家C.?V.?Raman利用太陽光觀察到散射光發生頻率改變的非彈性散射現象。這種現象是由于入射光子與介質分子發生能量交換造成的，這種能量交換和分子中的電子云或化學鍵有關。拉曼現象的發現對科學界有著重大的意義。但是拉曼信號極其微弱，想要對拉曼信號進行研究幾乎都要利用一定的增強效應。上世紀70年代，Fleischmann、Van?Duyne和Creighton等人研究發現當吡啶分子吸附到粗糙的銀電極表面上時，它的拉曼光譜信號強度被明顯增強，如銀電極表面每個吡啶分子的拉曼信號要比溶液中單個吡啶分子的拉曼信號增強約10⁶倍，這種效應被稱之為表面增強拉曼散射（surface-enhanced?Raman?scattering,?SERS）效應。SERS光譜技術克服了常規拉曼光譜存在的檢測靈敏度低、易受熒光干擾等缺點，可以極大提高分子的拉曼散射截面，SERS增強因子甚至可以達到10¹⁴以上，對液體樣品的濃度監測限也可以達到10^-14?mol/L以下。這些特征使得利用SERS光譜技術來研究價格高、數量少、濃度低或實時性要求較強的化學或生物分子是非常合適的，同時也有望成為生命學科領域進行單分子和單細胞探測、識別與操控的最有效技術之一。結合其無損檢測特征和“指紋光譜”分辨能力，SERS光譜技術更是可以實現生物、醫藥、化學溶液等多種物質，特別是超低濃度目標分子的檢測，甚至單個分子的檢測。

當分子接觸到金屬粒子，如金、銀、銅的表面時，他們的拉曼譜線會因為場效應而得到增強，此即SERS效應。可見，金屬粒子是實現SERS的基礎，而這種帶有金屬粒子的導電材料叫做活性基底。一種好的SERS活性基底應該具備表面金屬粒子粗糙，粗糙程度均勻，增強效果好，穩定性高，具有一定的重復利用性，制作成本低且簡單易行等特點。SERS活性基底的制備有很多種方法，金屬電極通過電化學腐蝕可以直接使金屬表面粗糙化，通過濺射、蒸鍍的方法也可以得到表面粗糙的金屬粒子，溶膠-凝膠法可以在導電材料上形成金屬顆粒。但是，這些方法得到的活性基底結構單一，無法得到表面粗糙程度高的金屬粒子，限制了SERS活性基底對于拉曼信號的增強效應，此外，實驗重復性與光譜重現性差，影響了基底在分子檢測領域的應用。

對于這種情況，目前已經出現很多具有復合結構的SERS活性基底，這些基底大多是基于多孔結構的導電納米材料，利用多孔結構高的比表面積，提高金屬粒子表面的粗糙程度，進而提高SERS活性基地的拉曼信號增強效應。這種具有復合結構的活性基底已經在很大程度上提高了信號強度，也大大提高了基底的重復性與重現性，這也在一定程度上擴大了拉曼光譜分析技術在痕量、快速分析以及單分子檢測上的適用范圍。

發明內容：

本發明將拉曼光譜分析技術應用于痕量物質的檢測，可以現場快速地檢測出痕量目標物質并進行定量研究。