[發(fā)明專利]表面增強拉曼光譜的基底及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480051274.1
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN105556290B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 徐寧德;尹政欽;樸圣奎;李惠媚;李建煥;金東好
• 申請（專利權）人: 韓國機械研究院;韓國化學研究院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉兵

本發(fā)明涉及一種表面增強拉曼光譜的基底，通過制備使得其上金屬納米粒子相間隔數納米的基底以使得該基底即使在長期存儲的情況下，也能夠使得表面增強拉曼信號明顯增強，還涉及了一種使用簡單的設備大規(guī)模地、低生產成本地制備該表面增強拉曼光譜的基底的方法。其上具有相間數納米的所述表面增強拉曼光譜的基底可以使用簡單的設備大規(guī)模地、低生產成本地制得。此外，由于該金屬納米粒子之間的距離可以在再現地形成為數納米，從而拉曼信號可以顯著地提高，并且即便在長期儲存下，該提高的拉曼信號也可以保持在高水平。

技術領域

下述說明書涉及一種表面增強拉曼光譜的基底以使得表面增強拉曼光譜信號顯著提高(即使在長期存儲的情況下)，通過使得金屬納米粒子在基底上相距數個納米的距離而制得該基底，以及涉及一種使用簡單設備下大規(guī)模地、低生產成本地制備表面增強拉曼光譜的基底的方法。

背景技術

拉曼散射或者拉曼效應是一種非彈性光子散射現象(inelastic photonscattering phenomenon)。當光子從原子或分子中散射而出，大部分光子為彈性散射(瑞利散射，Rayleigh scattering)，這種散射的光子與入射光子具有相同的能量(頻率和波長)。小部分散射的光子(約千萬分之一)被激發(fā)散射，使得該散射光子與入射光子具有不同的頻率，而且通常低于入射光子的頻率。在氣體中，分子由于躍遷(transition)到另一個(通常更高)能級產生的能量的變化發(fā)生拉曼散射。當采用使用拉曼散射的拉曼光譜時，幾乎所有的有機分子包括極性分子和具有感應極化性(induction polarizability)的非極性分子都顯示出拉曼效應(拉曼位移)。因此這更適合生物分子的探測，例如蛋白質、基因等，因為它不受水分子的干擾。另一方面，特定的拉曼發(fā)散光譜的波長代表化學組成和結構特點，因此，可以直接使用拉曼信號分析材料。即使分析物能夠被直接分析，但是除了學術研究以外并沒有被實際使用，因為需要昂貴的設備去探測非常弱的信號并且信號的再現性很低。為了克服這樣的缺陷，在1974年，Fleischmann等人報道了將吡啶吸附在銀電極(通過連續(xù)氧化-還原循環(huán)被粗糙化的)上，來增強吡啶的拉曼信號。這種信號比預期的高了10⁶倍，最初他們解釋原因在于表面粗糙化提供了額外的表面積。就是說，表面增強拉曼散射是當分子存在于金屬納米結構周圍時顯示出的目標分子的拉曼信號增強的現象。

表面增強拉曼散射分析可以提供很難通過通常的拉曼分析獲得的信息。為了確定表面增強拉曼散射分析是否可能，需要研究被分析材料與表面如何相互作用。由于被分析材料和金屬表面之間存在多種表面相互作用，使得增強拉曼信號(不能通過通常的拉曼分析提供)被吸收。當被分析的材料被金屬表面吸收或接近金屬表面，會出現表面增強拉曼散射。存在于金屬和入射光界面的相干自由電子(coherent free electron)的振蕩一定會有效地增強拉曼發(fā)射。這被稱為表面等離子體(surface plasmon)提供電磁增強。入射光在金屬表面產生表面等離子體(電磁效應)，通過與分析物相互作用(電荷轉移效應)增強拉曼發(fā)射。

放置分析物的基底表面的粗糙度是表面等離子體的產生和拉曼信號的增強的重要因素。因此，研究開發(fā)了各種利用納米技術來粗糙化基底表面以提供納米結構，例如納米級柱(nanometer-sized columns)，線性破碎表面(linear broken surface)或納米粒子。

通常，金屬納米材料的光學性質、電學性質、物理和化學性質可以通過改變其尺寸、形狀、晶體結構等控制。由Au或Ag組成的貴金屬納米粒子與光在可見光區(qū)域強烈共振產生強烈的吸收和散射。

表面等離子體的共振頻率隨各種因素而變化，例如根據金屬納米粒子的種類，例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd等，尺寸和形狀，金屬納米粒子分散的溶劑，激光(入射光)種類等。因此，表面增強拉曼信號可以通過控制這些因素獲得。