[发明专利]一种贵金属亚微米球壳阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光子材料制备领域，具体涉及一种贵金属亚微米球壳阵列的制备方法。

背景技术

表面等离子共振技术是20世纪90年代发展起来的一种生物分子检测技术，在医学诊断，生物检测，药品研制和食品安全等领域都有广泛的应用。表面等离子体是指局域在金属纳米粒子附近的电荷密度振荡。当入射电磁场(光)与等离子体频率发生共振激发，可产生强烈的消光(吸收和散射)或局部电磁场的增强。自Liedberg等于1983年首次运用等离子共振技术进行抗原抗体相互作用分析以来，该生物传感器技术已被广泛应用于蛋白质组学，细胞信号传导，受体/配体，抗体/抗原分子垂钓，免疫识别，癌症研究和新药筛选等生命科学领域，用于实时和动态研究蛋白质-蛋白质，蛋白质-核酸，新药分子-靶蛋白等生物分子相互作用过程，特别是从1990年商业化的表面等离激元(SPR)应用以来，SPR传感器从根本上改变了生物分子识别科学，成为生命科学和制药研究上的标准工具。

贵金属(如银、金等)微纳颗粒具有很强的局域表面等离子效应，其表面等离子共振波长位于可见-近红外区，且共振消光性质随颗粒的尺寸、形状、排列方式、介电环境等因素的变化而变化。到目前为止，贵金属纳米颗粒的表面等离子共振效应在光传输、局域场增强光谱、生物传感等方面得到了越来越广泛的应用。

具有球壳结构的贵金属颗粒是一种非常重要的具有表面等离子共振特性的光子材料，这种材料可以通过控制金属球壳的内外径尺寸来调节其表面等离共振波长，其峰位可以从整个可见光区调节到近红外区，并且具有很好的散射特性。贵金属亚微米球壳形成阵列后，结构中的局域表面等离子共振耦合作用使得在某些区域形成电磁场高局域点，大大增强电磁场的强度，从而提高检测的灵敏度。这一特性在生物探测、传感以及增强光谱方面具有较强的应用前景。

一般情况下，金属纳米球壳结构的制备主要采用模板法，例如在二氧化硅或聚苯乙烯微球上形核，在溶液中采用化学法生长。这种方法存在金属壳层不致密、金属颗粒易团聚、制备方法复杂、产量低等缺点，大大限制了贵金属球壳结构的应用。

总的来说，现有的制备技术不能满足大规模生产高灵敏度、高均一性的贵金属亚微米球壳阵列光子材料的要求。

发明内容

本发明提供了一种贵金属亚微米球壳阵列的制备方法，可生长致密、均匀、内外径相对尺寸可调的贵金属层。

一种贵金属亚微米球壳阵列的制备方法，包括如下步骤：

(1)将直径为100-1000nm的聚苯乙烯微球分散于水和酒精的混合液中，配制成聚苯乙烯微球的浓度为0.54-1.89mg/ml的混合溶液；将所述的混合溶液滴于石英、石墨或硅片基底上并晾干，得到有聚苯乙烯微球阵列的基底；

(2)将步骤(1)得到的有聚苯乙烯微球阵列的基底放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，以贵金属为靶材，在真空中通过磁控溅射沉积贵金属层；

(3)将步骤(2)得到的沉积贵金属层后的基板加热到200-300℃，保温10-60分钟，以去除聚苯乙烯微球模板，在基板上得到贵金属亚微米球壳阵列。

优选的技术方案中，步骤(1)中，所述的水和酒精的体积比为1∶5-1∶1。

优选的技术方案中，步骤(2)中，所述的直流反应磁控溅射装置的反应室的真空度在5×10^-3Pa及其以下，以氩气为溅射气氛通入反应室，控制流量为20-30sccm，反应室内气压保持在10～20Pa，溅射功率在40-70W，溅射时间控制在20s-120s，生长温度为室温。最优选的技术方案中，氩气的流量为30sccm，沉积气压为10Pa，溅射功率为58-62W，该条件下可以在低温下制备出均匀整齐的阵列结构。

所述的贵金属优选为金、银、铂、钯等，最优选为金或银。

所述的贵金属通常选用高纯贵金属，纯度为99％及以上。

本发明中，所述的聚苯乙烯微球可通过市售获得，如百灵威化学品公司。

本发明以磁控溅射法制备贵金属亚微米球壳阵列，采用的是以聚苯乙烯微球阵列为模板的金属真空沉积的制备工艺，首先在石英等基底自组装不同直径的亚微米聚苯乙烯微球阵列，再利用直流磁控溅射在聚苯乙烯微球阵列上沉积贵金属层，最后通过在真空腔内热处理去除聚苯乙烯微球模板。以聚苯乙烯微球为模板，并通过加热的方法可简单去除；采用直流磁控溅射的方法生长贵金属球壳，生长的金属球壳阵列均匀性好、易于重复、产量高且步骤简单，可通过溅射时间控制金属球壳内外径相对尺寸，得到具有不同表面等离共振特性的球壳阵列。