[發(fā)明專利]基于金納米粒子修飾碳納米管陣列表面增強拉曼散射的光流控系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103149193A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 張潔;朱永;龔天誠;范拓
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發(fā)明屬于納米光子學和光流控領域，具體涉及表面增強拉曼散射光譜技術。

背景技術

隨著人類社會發(fā)展，對于各種各樣痕量化學生物分子的檢測需求日益增長，包括對人類健康的疾病、食品污染、環(huán)境毒素、毒品，以及面向軍事國防等國家安全的爆炸物分子檢測。

在這些檢測領域，拉曼散射光譜反映分子的振動、轉動或電子態(tài)能量的變化，根據(jù)光子頻率變化可以判斷出分子中所含有的化學鍵或基團，從而鑒別物質，分析物質的性質，得到廣泛關注和應用。但是，拉曼散射的散射面積小，信號微弱，難用于痕量分子檢測。表面增強拉曼散射光譜（surface?enhanced?Raman?scattering，簡稱SERS）克服了傳統(tǒng)拉曼光譜存在的拉曼信號微弱、檢測靈敏度低、易受熒光干擾的缺點；具有不需要預處理、非侵入非破壞性等優(yōu)點。表面增強拉曼散射光譜是指粗糙貴金屬表面在外界電磁場激發(fā)下會放大增強吸附在其表面的分子拉曼散射光譜信號的一種現(xiàn)象。與普通拉曼散射信號相比，表面增強拉曼散射信號的強度最高可以到放大10¹⁴-10¹⁵，靈敏度高，足以滿足痕量分子拉曼散射信號的探測。

傳統(tǒng)的基于SERS的檢測系統(tǒng)主要由拉曼散射基底吸附待測分子，由大型拉曼光譜儀進行光譜數(shù)據(jù)測試分析。其中拉曼散射基底是主要利用純金屬納米結構，如金銀銅等納米顆粒，納米線，納米棒，納米薄膜，納米管，納米球等。隨著近年來材料科學和納米加工技術的發(fā)展，基于各種過度金屬、聚合物、半導體等材料殼核結構、納米棒、納米陣列等納米結構構成各種SERS基底。實驗室內(nèi)大型的拉曼光譜儀，體積龐大，價格昂貴；檢測時需要光學對準和聚焦，不利于在線檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的正是為了解決SERS檢測系統(tǒng)體積大、價格昂貴，不利于在線檢測的缺點，提出一種基于金納米粒子修飾碳納米管陣列表面增強拉曼散射光流控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由金納米粒子修飾碳納米管陣列作為三維表面增強拉曼散射基底，吸附待測分子。由于碳納米管陣列垂直生長，具有極大比表面積，可吸附更多的金納米粒子，從而有利于拉曼信號增強。該系統(tǒng)中由導入光纖接入激光，收集光纖導出散射光，免去了顯微聚焦和對準，體積小，便于在線檢測。

本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明是一種基于金納米粒子修飾碳納米管陣列表面增強拉曼散射的光流控系統(tǒng)，所述光流控系統(tǒng)包括硅基底上的微通道、金納米粒子修飾碳納米管三維拉曼散射基底、激光源、入射光纖、收集光纖、光譜儀和調(diào)壓裝置；所述微通道，由相互連通的四個通道組成，第一通道一端封閉，在封閉端設有一個待測分子入射小孔，第二通道是一個放置入射光纖的通道，與第一通道垂直，兩端不封閉，第三通道是一個放置收集光纖的通道，兩端不封閉，第四通道一端封閉，封閉端設有一個待測分子出射小孔和連接調(diào)壓裝置的小孔，第四通道中設置有金納米粒子修飾碳納米管三維拉曼散射基底，作為探測區(qū)；所述第二通道和第四通道直線相通，入射光纖正對金納米粒子修飾碳納米管三維拉曼散射基底；所述第一通通道與第二通道和第四通道之間的空間連通，所述第三通道與第四通道連通，收集光纖正對金納米粒子修飾碳納米管三維拉曼散射基底；所述入射光纖連接激光源，收集光纖連接光譜儀。分子檢測時：待測分子通過微通道的入射小孔進入，流過微通道內(nèi)的三維表面增強拉曼散射基底，待測分子吸附到拉曼散射基底，調(diào)壓裝置保證待測分子在微通道順利流動。采用一個激光器作為激勵光源，利用入射光纖將光傳輸?shù)焦饬骺赝ǖ乐校丈涞教綔y區(qū)，在激勵光源的照射下，在所述三維表面增強拉曼散射活性基底表面產(chǎn)生的局域電磁場將被增強，使表面吸附分子的拉曼散射信號顯著增強，待測分子的散射信號由收集光纖導出到光譜儀，完成待測分子拉曼檢測。

微通道內(nèi)可以注入液體分子，也可以注入氣體分子，進行液體、氣體分子檢測。

金納米粒子修飾碳納米管陣列三維表面增強拉曼散射基底包括基底、基底之上的催化層、生長在催化層上的碳納米管陣列和附著在碳納米管陣列表面的金納米粒子。

本發(fā)明的金納米粒子修飾碳納米管陣列三維表面增強拉曼散射活性基底具有比表面積大，有利于拉曼信號增強，制作簡單，成本低，無毒無污染等優(yōu)點；激光由入射光纖導入，散射光由收集光纖導出，避免使用實驗室昂貴的傳統(tǒng)大型設備，無需顯微對準聚焦，有利于便攜式在線檢測。這樣本發(fā)明從理論上、實現(xiàn)可行性上都將對表面拉曼散射光譜的應用提供一種便攜式在線檢測方法。

附圖說明

圖1是基于金納米粒子修飾碳納米管陣列表面增強拉曼散射的光流控系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明的微通道結構示意圖；