[發明專利]一種表面增強拉曼襯底的制備方法

有效

• 申請號: 201710825180.0
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107643278B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 劉凡新
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 林蜀

一種表面增強拉曼襯底的制備方法，在襯底上，通過納米壓印的方法獲得納米柱狀陣列結構；在納米柱狀陣列結構上沉積金屬，獲得金屬納米手指陣列結構；在金屬納米手指陣列結構上沉積1納米的四面體碳膜；在四面體碳膜包覆的金屬納米手指陣列結構上滴入高純乙醇溶液，在自然條件下揮發，形成金屬納米手指閉合陣列結構。本發明在乙醇揮發過程中，毛細管力會促使金屬納米手指相互之間坍塌，從而形成金屬納米手指閉合陣列結構。由于在金屬納米手指之間形成兩倍四面體碳膜厚度的可控間隙，從而在間隙區域形成強耦合的增強電場，可實現單分子層次的表面增強拉曼檢測。

技術領域

本發明，涉及一種納米材料，涉及借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料，特別涉及一種表面增強拉曼襯底的制備方法。

背景技術

表面增強拉曼光譜（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）技術在物理學、化學、材料學、生物醫學等領域都有著廣泛的應用。其增強原理是基于金屬納米結構的表面等離激元效應的共振激發，從而在金屬納米結構表面形成增強的電磁場，使得位于金屬表面增強電磁場附近分子的拉曼信號得到極大增強，一般拉曼信號的增強因子與增強電磁場強度的四次方成正比。相對于其它測量手段，拉曼探測具有分子識別和指紋性質，且對水溶液不敏感，對生物分子的探測尤其有用。但拉曼光譜的缺點是信號非常弱，而采用表面增強拉曼技術使得這一難題得到解決。因此，表面增強拉曼光譜技術可真正應用于生物分子的微量檢測領域。

對表面增強拉曼技術來說，最重要的是開發基于金屬納米結構的有效增強襯底，并且具備增強因子高、成本低、再現性好的特性。目前，銀(Ag)和金(Au)的納米結構有序陣列及其膠體顆粒溶液均被廣泛使用，而納米結構有序陣列相對于膠體溶液來說，具有穩定性強、再現性好等優點，因而在表面增強拉曼檢測中得到廣泛應用。目前的研究表明，在眾多金屬納米陣列結構中，兩個結構單元相互靠近形成的耦合結構體系被廣泛研究，這是由于相對于單個納米結構體系，兩個納米結構在較小的間隙內相互耦合所獲得的電場是目前為止所預測的最大增強電場，可達到單分子檢測水平。目前的納米微加工技術，由于電子波動性而導致的束斑大小限制，納米結構之間的間隙大小最小只能控制在7-8納米，而耦合增強電場與間隙的大小成反比關系，即間隙越小，耦合電場越強。考慮到量子隧道效應，基本上間隙大小控制在1-2納米時，耦合電場最強。繼續降低間隙大小低于1-2納米，會導致增強電場減弱。但是，由于加工精度的限制，目前的間隙大小存在較大的波動，使得增強電場的分布大小不一，這樣將造成表面增強拉曼增強因子的波動，不利于表面增強拉曼技術的實際應用。

目前，基于溶液中的納米金屬顆粒，可通過DNA方法較為精確地控制顆粒之間的間隙，且大小可降為1-2納米，但是使用膠體顆粒溶液作為增強技術，在實際使用過程中局限較大，無法滿足實際的需求，而且在溶液中間隙分布不可控，無法準確把待測分子放到耦合電磁場區域，無法精確實現單分子水平的拉曼檢測。而對于基于納米微加工技術制備的金屬納米陣列結構，由于精度的限制始終無法提供高增強因子、再現性好的表面增強拉曼襯底，也無法實現單分子水平的拉曼檢測。

發明內容

為解決現有技術的不足，提供一種表面增強拉曼襯底的制備方法，這種方法制備簡便合理，可大批量、低成本地制備，容易獲得超強的表面增強拉曼效果。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種表面增強拉曼襯底的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在玻璃、硅片、石英、柔性材料、光纖的襯底上，通過納米壓印的方法獲得納米柱狀陣列結構，柱體材料為柔性聚合物；

步驟2：在通過步驟1獲得的納米柱狀陣列結構上沉積金屬，獲得金屬納米手指陣列結構；

步驟3：在通過步驟2得到的金屬納米手指陣列結構上沉積1納米的四面體碳膜；