[發明專利]高靈敏的表面增強拉曼傳感芯片制作方法

無效

• 申請號: 201210462728.7
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102910576A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 夏良平;楊正;尹韶云;杜春雷;史浩飛
• 申請（專利權）人: 重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 霍本俊

技術領域

?本發明涉及一種光學傳感芯片制備技術，具體涉及一種高靈敏的表面增強拉曼傳感芯片制作方法。

背景技術

物質的拉曼光譜是一種指紋特征譜，因此特異性強，可無標記、實時地對物質進行探測。然而物質的拉曼散射信號非常弱，比入射光低幾個數量級，因此靈敏度低。納米金屬結構的局域增強特性可使金屬結構表面的電磁場增強幾個數量級，相應地可大幅提升拉曼信號，這稱之為表面增強拉曼散射。

人們已通過多種方法研究了表面增強拉曼散射增強結構的制備方法，目前主要分為兩大類，分別為物理光刻和化學合成，物理光刻的特點是制備結構的均一性好，重復性高，但受衍射極限限制，物理光刻無法制備幾十納米甚至幾納米的結構，這導致其電磁增強性能不強，因此該方法制備的傳感芯片的靈敏度不高；相反，化學合成則很容易制備小尺度的結構，因此能獲得較高靈敏度的芯片，但化學合成一般為隨機結構，不具有周期性，因此其均一性、重復性差。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高靈敏的表面增強拉曼傳感芯片制作方法，解決現有表面增強拉曼傳感芯片物理光刻與化學合成制備方法獲得的芯片的重復性、均一性與靈敏度之間不可兼得的矛盾，制備靈敏度高且重復性、均一性好的表面增強拉曼芯片。

本發明的高靈敏的表面增強拉曼傳感芯片制作方法，包括如下步驟：

1）對基片進行親水處理；

2）選擇大小均一的介質納米球乳膠溶液，利用旋涂法或提拉法在親水處理后的基片上自組裝單層緊密排列的介質納米球陣列；

3）利用反應離子刻蝕技術對步驟2）所得到的介質納米球陣列進行刻蝕；

4）在步驟3）所得到的刻蝕后的介質納米球陣列上，鍍上金屬膜，鍍膜厚度小于步驟3）中的刻蝕厚度，即獲得高靈敏的表面增強拉曼傳感芯片。

進一步，所述步驟1）中，基片為石英基片或K9玻璃基片。

進一步，所述步驟1）中，親水處理的步驟為：將基片置于濃硫酸和雙氧水以質量比3:1配成的溶液中，80℃熱浴1小時，然后取出基片用去離子水反復沖洗，并用超聲振蕩2~3分鐘；再將基片置于氨水、雙氧水和去離子水以質量比1:1:5配成的溶液中，超聲振蕩1小時，然后取出基片用去離子水沖洗2~3次，并用去離子水保存備用。

進一步，所述步驟2）中，介質納米球為聚苯乙烯球。

進一步，所述步驟3）中，反應離子刻蝕使用的刻蝕氣體為氧氣。

進一步，所述步驟4）中，金屬膜為金膜或銀膜，鍍膜方式為蒸鍍、濺射鍍膜或電鍍。

進一步，所述步驟3）中，刻蝕厚度為50nm~220nm；所述步驟4）中，鍍膜厚度為40nm~200nm。

本發明的有益效果在于：

本發明首先通過介質納米球自組裝技術得到單層介質納米球陣列結構，但其形成的介質納米球之間為緊密排列，若直接將其制成表面增強拉曼傳感芯片，將不具有狹縫耦合增強的特點，靈敏度不高，因此本發明再通過刻蝕工藝將介質納米球刻小，刻小后的介質納米球之間產生了間隙，然后鍍上金屬膜，并且鍍膜厚度小于刻蝕厚度，即刻小后的介質納米球在覆蓋上金屬膜形成金屬球殼后，兩金屬球殼之間仍有幾納米至幾十納米的間隙，此間隙的強烈耦合增強作用可形成高強度的局域電磁場，使拉曼信號獲得幾個數量級的增強，即獲得了高靈敏的表面增強拉曼傳感芯片。

因此，本發明與現有技術相比的優點在于：

（1）與現有物理光刻方法相比，本發明不受衍射極限限制，所制備芯片結構具有物理光刻方法無法實現的幾納米至幾十納米的耦合增強間隙，因此所獲得表面增強拉曼傳感芯片的靈敏度高；

（2）與現有化學合成隨機結構相比，本發明所制備的芯片結構是大面積周期分布的，這保證了芯片不同位置靈敏度的均一性，同時，介質納米球自組裝可控、刻蝕可控、鍍膜可控，因此本發明所制備的芯片具有良好的重復性，為物質表面增強拉曼光譜定量比較的準確性提供了保證。

綜上所述，本發明解決了現有表面增強拉曼傳感芯片物理光刻與化學合成制備方法獲得的芯片的重復性、均一性與靈敏度之間不可兼得的矛盾，制備了靈敏度高且重復性、均一性好的表面增強拉曼芯片。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為本發明的工藝流程圖；

圖2為自組裝后的介質納米球陣列的結構示意圖；

圖3為刻蝕后的介質納米球陣列的結構示意圖；

圖4為鍍膜后的介質納米球陣列的結構示意圖。

具體實施方式