[發明專利]表面增強拉曼散射傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201310504790.2
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN104568896A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 潘革波;趙宇;肖燕;劉永強;吳浩迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 楊林;馬翠平

技術領域

本發明涉及表面增強拉曼散射芯片技術領域，尤其涉及一種表面增強拉曼散射傳感器及其制備方法。

背景技術

激光拉曼光譜技術近年來成為研究分子結構常用的光譜技術之一。這主要是由于在現有的光譜技術中紅外和拉曼技術是僅有的兩種能夠給出分子結構信息的表征手段。然而，一般的拉曼光譜信號比較弱，靈敏度很低，光散射信號易被熒光掩蓋，這很大程度上降低了拉曼光譜技術的實用性。一直到1977年Van?Duyne和Creighion發現吸附在粗糙銀表面的吡啶分子的拉曼信號要比溶液中的單個吡啶分子的拉曼信號大約強10⁶倍，并且將這種信號增強歸結于銀表面與吡啶分子的物理或化學作用。這一發現開啟了拉曼技術的新時代，同時也將這種不尋常的拉曼增強散射稱為表面增強拉曼散射（SurfaceEnhancedRaman?Scattering）效應，簡稱SERS。表面增強拉曼散射能夠提供分子振動指紋的光子非彈性散射，為深入表征表面的結構提供了分子水平的信息，這種技術已經在表面科學、分析科學和生物科學等領域得到廣泛的應用。

但是拉曼散射的輻射強度與受到照射的分子數目成正比，而通常情況下入射光中只有極少數的光子會發生拉曼散射，因而使得散射信號非常微弱以至于難以檢測和識別目標分子。為了能夠增強信號達到正常檢測的需要，人們通過各種方法制備規則排列的納米銀陣列結構。比如氣相沉積法、電化學沉積法、光刻法、化學合成法、納米陣列自組裝、STM輔助納米結構形成法、納米球印刷法等等。但是由于襯底表面性質、加工工藝難度、加工環境條件和生產成本等限制因素，還很難獲得精確控制納米結構形態、尺寸、陣列化程度的SERS表面襯底。

因此探究一種制備工藝簡單方便，生產加工成本低廉，而且能夠準確靈活地控制SERS傳感器表面納米陣列的方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種表面增強拉曼散射傳感器及其制備方法，該傳感器具有陣列化的金屬納米柱結構，能夠顯著增強拉曼散射信號，可應用于活性生物大分子、毒品、爆炸物、食品衛生、醫學成像和環境檢測等眾多領域。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種表面增強拉曼散射傳感器，包括基底以及基底上的金屬納米柱陣列，所述金屬納米柱的上端面為平面，截面為六邊形；所述金屬納米柱的高度為400～600nm，直徑為100～200nm；其中，相鄰的兩個金屬納米柱的間距為200～500nm。

優選地，所述金屬納米柱為Au、Ag或Cu金屬納米柱。

優選地，所述基底包括硅片、玻璃、金屬板或塑料板。

如上所述的表面增強拉曼散射傳感器的制備方法，包括步驟：

（a）應用印刷工藝將鋁墨水打印于所述基底上，在基底上獲得厚度為400～600nm的導電性鋁膜；

（b）以所述基底為陽極，應用陽極氧化工藝在所述導電性鋁膜上形成陣列化的孔洞，所述孔洞的截面為六邊形，深度為400～600nm，直徑為100～200nm；相鄰的兩個孔洞的間距為200～500nm；

（c）應用磁控濺射工藝或電化學沉積工藝在所述孔洞中沉積金屬，獲得所述金屬納米柱；

（d）去除所述導電性鋁膜，獲得表面增強拉曼散射傳感器。

優選地，所述陽極氧化工藝采用兩步陽極法，以Pt為陰極。

優選地，所述鋁墨水的組成為5～10%的鋁化合物、89～93%的有機溶劑以及0.1～2%的表面活性劑。

優選地，所述鋁化合物為氫化鋁-丁基醚、氫化鋁-苯甲醚絡合物中的任意一種，所述有機溶劑為四氫呋喃，所述表面活性劑為乙二醇。

優選地，所述兩步陽極氧化工藝具體包括步驟：

Ⅰ、以所述基底為陽極、Pt為陰極，以濃度為15wt%的H₂SO₄、0.4M的C₂H₂O₄或5wt%的H₃PO₄中的任意一種作為電解液，在40～60V的電壓下，氧化5～8小時，然后利用磷酸和鉻酸的混合溶液去除所述鋁膜表面的氧化層；