[發明專利]激光誘導一步提拉法制備錐形光纖SERS探針的方法

有效

• 申請號: 201811144266.8
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109520990B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 周飛;劉曄;凌東雄;王紅成
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發明公開了一種激光誘導一步提拉法制備錐形光纖SERS探針的方法，將光纖的平端與激光器輸出尾纖熔接，其錐端插入預先制備好的金屬納米顆粒溶膠中；打開激光光源，在誘導激光輻照下，利用一維精密位移平臺將光纖錐從溶膠中緩慢提拉至錐尖恰好完全露出液面；利用誘導激光對光纖錐進行短時間干燥，溶劑快速蒸發，而納米顆粒吸附在光纖錐面，形成光纖SERS探針。本發明具有成本低廉、操作簡單等優點，該方法制備出的錐形光纖SERS探針相比于平端面光纖SERS探針而言，有望實現更大的拉曼相互作用面積和更好的檢測靈敏度和重復性，利于促進光纖SERS探針實用化進程，在拉曼光譜的活體、在線、原位、遠程檢測領域具有重要應用前景。

技術領域

本發明涉及表面增強拉曼散射光譜技術領域，尤其涉及一種激光誘導一步提拉法制備錐形光纖SERS探針的方法。

背景技術

表面增強拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering, SERS）是近些年來發展起來的一種拉曼光譜增強技術，它利用貴金屬納米顆粒的局域表面等離子體共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）效應來實現拉曼信號的極大增強，增強因子可高達10⁸-10¹²，吸引了科學家們的廣泛關注。將光纖傳感技術與SERS技術相結合，通過在光纖表面制備貴金屬納米顆?；蚪Y構而形成的光纖SERS探針，具有成本低廉、光譜重復性好、結構緊湊、抗干擾能力強等優點，且有望實現拉曼光譜的在線、原位、活體、遠程檢測，在生物醫學、食品科學、能源與光催化等領域具有重要應用前景。

受到石英光纖穩定的化學性質及圓柱表面等限制，高靈敏光纖SERS探針的制備相對較為困難。目前，人們通常將硅烷化處理后的石英光纖浸入到貴金屬納米顆粒溶膠中，利用硅烷偶聯劑將納米顆粒吸附至光纖表面以形成光纖SERS探針。但該方法耗時長（納米顆粒吸附飽和所需時間通常在6小時以上），且納米顆粒的隨機吸附過程導致探針的制備重復性難以保證，不利于其實用化。

由于光纖本身具有光波導傳輸特性，利用激光誘導法制備光纖SERS探針能顯著提高探針的制備重復性。例如，吉林大學徐蔚青團隊、清華大學楊昌喜團隊等提出一種激光誘導化學沉積法（Langmuir, 2008, 24:4394；Langmuir, 2011, 27:4623），在納米顆粒的氧化還原反應液體系中，制備出多種芯徑的平端面光纖SERS探針；為了提高光纖表面納米顆粒的尺寸均勻性，我們提出一種激光誘導液面自組裝法（Nanoscale, 2016, 8:10607；發明專利CN201510692551.3），在預先制備的固定尺寸的納米顆粒溶膠中實現光纖SERS探針的制備。然而，目前這些方法主要用于平端面光纖SERS探針的制備，不太適用于錐形光纖SERS探針的制備。而考慮到錐形光纖通常比平端面光纖能夠提供更大的光與物質相互作用面積，有望進一步提高探針的SERS檢測靈敏度和重復性，如何發展適用于錐形光纖SERS探針的實用化制備方法，是當前一個重要研究方向。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種激光誘導一步提拉法制備錐形光纖SERS探針的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種激光誘導一步提拉法制備錐形光纖SERS探針的方法，包括有激光器、錐形光纖、貴金屬納米顆粒溶膠和一維精密位移平臺，所述的錐形光纖的一端為平端，另一端為錐形端，將錐形光纖的平端與激光器的輸出尾纖熔接，錐形端插入預先制備好的貴金屬納米顆粒溶膠中，錐形光纖的中間部位固定在一維精密位移平臺的移動端；打開激光器，在誘導激光的輻照下，利用一維精密位移平臺將光纖錐形端從貴金屬納米顆粒溶膠中緩慢提拉至錐形端的錐尖位于貴金屬納米顆粒溶膠上表面界面處；在貴金屬納米顆粒溶膠界面附近，光纖錐尖處激光功率密度高，納米顆粒吸收激光能量轉化為熱量，引起光纖錐尖處局域溫度快速升高，納米顆粒的布朗運動速度加快，利于增大納米顆粒與光纖錐面的碰撞幾率；隨著光纖錐形端緩慢向上提拉，表面張力作用下納米顆粒溶膠吸附在光纖錐面，并在誘導激光下引起溶劑快速揮發，納米顆粒在錐面聚集，形成錐形光纖SERS探針。