[發明專利]ZnO-Ag表面增強拉曼散射芯片與制備、保存方法以及用途

在審

• 申請號: 201410404132.0
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104155284A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 何璇;王慧;張祺
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 伍孝慈

技術領域

本發明涉及一種可長期儲存的高敏表面增強拉曼散射芯片以及制備方法和對痕量炸藥檢測的應用。

背景技術

美國“9.11”事件發生以來，世界范圍內的恐怖分子利用隱藏爆炸物進行訛詐、劫機，制造機毀人亡、火車爆炸等恐怖悲慘事件頻繁發生，造成大量人員傷亡和巨大的財產損失，嚴重威脅了人們的正常生活。國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)特別指出要開發包括保障食品安全、生物安全及社會安全等公共安全重大裝備和系列防護產品，促進相關產業快速發展。為了把爆炸恐怖活動遏制在未遂狀態，人們把目光更多地投注在依靠科技手段對爆炸物的探測和識別上。

其中，在爆炸物事件中出現的21種化合物，都含有TNT等硝基化合物。美國環境保護局(Environmental?Protection?Agency，EPA)研究證實，以TNT為代表的多硝基芳香類物質都可能有致癌作用。若不加以處理，任其流入河流，湖泊，土壤，將對生命體產生巨大危害。其次，TNT等硝基化合物，其熔點較低，容易發生固體升華遷移，在貯存和運輸中受環境影響較大，需要進行狀態實時監測。據此，炸藥的檢測不僅與反恐事業緊密關聯，在環境保護、醫學、軍事領域也有同樣重大深遠的研究意義。

目前，針對TNT等炸藥的檢測技術大都存在一些缺點，無法完全達到預期效果，滿足實際工作中對炸藥檢測的需求。因此，發展高靈敏，快響應，痕量無損的炸藥探測技術，顯得尤為重要。

表面增強拉曼散射(Surface?Enhanced?Raman?Scattering，下稱SERS)技術，是在20世紀70年代發現，90年代后發展成熟起來的一種新型高靈敏度光譜分析技術。SERS技術的基礎是物質分子的拉曼光譜信號在特定的金屬納米材料(如金、銀、銅等的納米粒子(Nanoparticles，NPs)表面可以得到極大增強(10⁶～10¹⁰倍)。概而言之，SERS技術的突出優點表現在三方面：1)具有極高靈敏度，單分子SERS分析已經有廣泛報道；2)與紅外光譜相似，可以用于物質定性分析，即除了可以回答有多少的問題，還可以根據物質的SERS光譜確定是什么；3)可以實現便攜而不犧牲分析性能。此外，SERS光譜半峰寬僅為1nm左右，多種分析物同時檢測時物質之間不易發生干擾。

然而，單一的貴金屬在保存上有一定的局限，如銀材料，增強活性極高，卻很容易被氧化，從而喪失共振效應，導致基底材料失活。影響實際檢測中基底的應用。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術的缺陷，提供一種能滿足痕量炸藥檢測的ZnO-Ag表面增強拉曼散射芯片及其制備方法、用途。

為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種ZnO-Ag表面增強拉曼散射芯片的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將硅片用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗并晾干，所述硅片表面具有單一的晶型取向；

步驟二：將磁控濺射儀腔室抽至壓力為1×10^-1到1×10⁴毫米汞柱范圍內的真空，蒸鍍一定時間，采用純度為99.99％的金屬鋅為靶材，在步驟一清洗干凈的硅片上蒸鍍Zn納米層，獲得的晶種膜為Zn晶體。

步驟三：將硝酸鋅與六次甲基四胺成1:1的比例配置成溶液，攪拌1小時，保證兩者混合均勻，將步驟二制備有晶種膜的硅片成一定角度放入混合液中，水浴恒溫，控制反應溫度高于90℃，反應時間大于2小時，把硅片取出，用去離子水清洗硅片2至3遍后，放入烘箱烘干，取出硅片，在硅片表面得到均勻的ZnO層；

步驟四：將磁控濺射儀腔室抽至壓力為1×10^-3到1×10^-6毫米汞柱范圍內的真空，采用純度為99.99％的金屬銀為靶材，蒸鍍一定時間，在步驟三制備好的ZnO納米層上沉積Ag納米顆粒，得到ZnO-Ag復合層，即為ZnO-Ag表面增強拉曼散射基底。

步驟五：將步驟四制備好的ZnO-Ag復合物硅片浸入到探針修飾溶液中，通過自組裝獲得具有探針分子的表面單分子層，該單分子層通過巰基吸附于復合物ZnO-Ag表面。獲得針對炸藥具有表面增強拉曼活性的探測芯片。

步驟六：對于儲存時間較長而失去拉曼活性的基底，取出后置于光源下進行光化學反應，可以獲得恢復拉曼活性的基底。

在上述ZnO-Ag表面增強拉曼散射基底的制備方法中，優選的是，所述硝酸鋅溶液的濃度為0.01至0.05mol/L。