[發明專利]多孔膜增敏的大面積均勻拉曼檢測芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201410677538.6
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104406953B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 逯丹鳳;劉德龍;祁志美
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及光學檢測技術領域，尤其涉及一種多孔膜增敏的大面積均勻拉曼檢測芯片及其制備方法。

背景技術

拉曼散射是一種非彈性散射。由于入射光與分子振動模態之間部分能量轉移，使得散射光相較入射光頻率發生變化，這種頻率移動稱為拉曼位移，它與分子結構密切相關，通過測量拉曼位移就能夠推演出分子結構。

拉曼光譜測量方法被廣泛應用于環境監測、食品安全檢測、司法鑒定、材料分析、生物科學研究等領域。然而，大多數分子的拉曼散射截面非常小，使得拉曼散射光十分微弱，尤其當待測物質濃度較低時，拉曼散射光常被噪聲淹沒，難以檢出。因此，拉曼光譜檢測經常需要借助各種增強方法才能發揮作用。這些增強方法包括：電磁增強、電子共振增強、化學增強、靶標富集增強等。

實際中使用最廣泛的技術是表面增強拉曼光譜(SERS)技術，SERS主要基于金屬納米結構的表面電磁增強效應，其增強因子最高可達10⁹，具有單分子檢測潛力。然而，由于金屬納米結構的尺寸一致性差，分布不均，可控性差，使得SERS芯片、尤其是大面積均勻的SERS基底的制作很難具有重復性，因此拉曼信號增強的重復性不好，而且制作結構有序的金屬納米陣列對工藝技術條件要求十分苛刻；在待測物質濃度很低的情況下，電磁增強結構表面吸附的分子很少，需要使用具有復雜電磁增強結構的SERS基底才能檢測到待測分子的拉曼信號。這樣的SERS基底制備工藝復雜，檢測條件苛刻；而且待測分子與金屬表面的相互作用還會帶來分子指紋拉曼信號的移動。

納米多孔材料通常指孔隙分布均勻，孔隙率較高(≥0.4)且孔徑小于100nm的功能材料，具有成本低、制作方法簡單，孔結構與孔隙率靈活可控，熱力學和化學穩定性好，機械強度高，比表面積大，介電常數小，流體滲透性強等優點。納米多孔材料容許內表面化學修飾而產生三維高密度活性位點，在可見-近紅外波段透明度高。分子模板技術是制備多孔材料主要方法之一，其制備過程主要是形成模板的有機分子與形成多孔材料的分子混合溶解形成膠體溶液，有機分子在一定的化學條件下相互結合形成有固定形狀的膠束或液晶(模板)；之后形成多孔材料的分子在有機模板混合凝膠膜模板上堆砌、縮合；最后采用高溫熱處理、萃取等辦法去除有機分子聚合物模板得到孔洞外形固定，成分純凈的多孔材料。在SERS基底表面制備一層多孔膜可以有效富集待測分子，進一步提高SERS檢測的靈敏度，尤其適用于超低濃度物質的拉曼檢測，并且多孔膜可以阻隔待測分子與金屬表面的直接接觸，從而能夠有效抑制金屬對待測分子的指紋拉曼信號的影響。

在實現本發明的過程中，申請人發現現有技術制備的具有較好重復性、較高靈敏度的SERS芯片所需工藝復雜，成本昂貴，難以避免產生電磁增強的金屬納米結構與待測分子，特別是與待測生物分子的直接接觸而引起的對待測分子指紋拉曼信號的干擾。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種多孔膜增敏的大面積均勻拉曼檢測芯片及其制備方法，以簡化工藝，降低成本，最大程度地避免產生電磁增強的金屬納米結構與待測分子，特別是與待測生物分子的直接接觸而引起的對待測分子指紋拉曼信號的干擾。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種多孔膜增敏的大面積均勻拉曼檢測芯片。該拉曼檢測芯片包括：基片；金基增強結構膜，形成于基片上，作為拉曼檢測芯片的電磁增強層；以及納米多孔膜，形成于金基增強結構膜的外表面，以富集待測分子。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種多孔膜增敏的大面積均勻拉曼檢測芯片的制備方法。該制備方法包括：步驟A：在基片上形成金基合金膜；步驟B：在所述金基合金膜外表面制備包含有機分子模板的無機介質凝膠膜，在該無機介質凝膠膜內無機介質成份圍繞有機分子模板形成三維網絡結構；以及步驟C：高溫熱處理，促使所述金基合金膜中除金之外的成分向外擴散，實現該金基合金膜的納米尺度粗糙化，形成金基增強結構膜；同時去除了無機介質凝膠膜中的有機分子模板，并將無機介質成份轉變為無機氧化物，從而得到無機氧化物多孔膜。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明多孔膜增敏的大面積均勻拉曼檢測芯片及其制備方法具有以下有益效果：

(1)在金屬增強結構膜的外側增加了納米多孔膜，該納米多孔膜作為分子富集層能夠顯著增加局域增強電場作用范圍內的待測分子數量，從而提高芯片的拉曼檢測靈敏度，特別適用于超低濃度的小分子物質檢測，具有制備成本低的優點；