[发明专利]用于表面增强拉曼散射研究的衬底

说明书

技术领域

本发明的主题涉及用于表面增强拉曼散射(SERS)研究的衬底，其包括含镓氮化物且涂覆有选自金、银、铂、铜和/或其合金的金属的表面。

背景技术

表面增强拉曼光谱技术是一种测量在具有纳米级粗糙度特征(10-100nm)的特定金属(如银、金或铜)的表面所吸附的分子上非弹性散射的紫外、可见和近红外光谱区中的光强度的光谱技术[M.Moskovits，Rev.Mod.Phys.，57(1985)783；K.Kneipp，H.Kneipp，I.Itzkan，R.R.Dasari，M.S.Feld，Phys.Rev.Lett.，76(1996)2444；K.Kneipp，H.Kneipp，I.Itzkan，R.R.Dasari，M.S.Feld，Phys.Rev.Lett.，78(1997)1667；S.Nie，S.R.Emory，Science，275(1997)1102]。这是近十年来发展最深入的光谱技术之一，因为相比于无吸附分子的有效拉曼散射截面[M.Herne，A.M.Ahern，R.L.Garrell，J.Am.Chem.Soc.，113(1991)846；J.Thornton，R.K.Force，Appl.Spectrosc.，45(1991)1522]，其可使金属表面吸附的分子的有效拉曼散射截面增强几个数量级(10²-10⁶，对于某些体系甚至为10⁸-10¹⁵)[K.Kneipp，H.Kneipp，I.Itzkan，R.R.Dasari，M.S.Feld，Phys.Rev.Lett.，76(1996)2444；K.Kneipp，H.Kneipp，I.Itzkan，R.R.Dasari，M.S.Feld，Phys.Rev.Lett.，78(1997)1667；S.Nie，S.R.Emory，Science，275(1997)1102]。

SERS光谱的应用范围非常广泛，最重要的应用在于电化学研究、聚合物化学、生物活性化合物和生物过程。然而，目前SERS方法主要在生物医学和遗传学领域得到许多关注[S.Lee，H.Chon，M.Lee，Biosensorsand Bioelectronics 24(2009)2260-2263]。

SERS信号增强取决于多个因素，包括有效拉曼散射截面、激发辐射的频率、分子的化学起源，主要取决于吸附分子的金属表面和表面粗糙程度。这些粗糙度特征或称之为不平坦度，是作为主要SERS机理的增强电磁机理的原因[P.Kambhampati，C.M.Child，M.C.Foster，A.Campion，J.Chem.Phys.，108(1998)5013]。电磁机理假定入射和散射电磁辐射的强度在金属表面上均高于金属内部，其可用下列关系描述：

I_R～_(E_R(r，ω_S))²

其中E_R(r，ω_S)为与被吸附分子相关的场的总强度。

与吸附在金属表面的分手相关的场的总强度E_R(r，ω_S)表示不存在粗糙度特征时作用在作为偶极的吸附物上的场(E_dip(r，ω_S))和各个粗糙度特征产生的场(E_sc(r，ω_S))的电磁场强度的总和[R..L.Garell，Anal.Chem.，61(1989)，401A]。对于通常拉曼效应，因为偶极-激光辐射相互作用的低能量，因此(E_dip(r，ω_S))设为相对低的值。在SERS中，粗糙度特征是额外的非常高的电磁场(E_sc(ω_SC))的来源，其直接作用于吸附在金属表面上的分子从而引起ER的大幅增加。

尽管可以使用例如包括如下的多种衬底(又称为基底或平台)：

●在特定氧化还原循环(ORC)中制造的适当多孔的表面，

●利用微光刻技术、在各种表面或聚苯乙烯球上的金属溅射、金属金或银纳米粒子在玻璃、硅或ITO衬底上的沉积所制造的表面，

●通过利用酸的化学蚀刻或金属盐的化学还原(形成胶体)所制造的表面，