[发明专利]一种基于石墨烯的表面增强拉曼散射探针的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料学和生物分析化学领域，具体涉及基于石墨烯的表面增强拉曼基底及其制备方法，该基底具有优异的表面增强拉曼特性。该制备方法操作简单、可重复性好、成本低廉并且环境友好。

背景技术

作为近几年兴起的一种光学探测技术，表面增强拉曼散射（SERS）技术由于结合了传统拉曼散射和等离子激元波增强的优势，在其诞生后的短短几年内就得到了飞速发展。SERS突破了传统拉曼散射存在的散射截面低而带来的瓶颈，避免了荧光光谱成像中存在的光漂白以及荧光标记的毒性等问题，是当前国际上备受瞩目的研究焦点，已成功地应用于材料分析、生物分子探测、蛋白质相互作用研究等领域。SERS技术由于具有可以避免荧光标记中的光漂白，降低对细胞的毒性，提供丰富的光谱信息等优势，成为人们研究的热点。尽管关于SERS探针的结构和制备方法已有大量报道，但能适用于生物活体的探针并不多，并且制备方法较为繁琐，灵敏度、稳定性和生物兼容性尚有待进一步提高。

2004年, 英国曼彻斯特大学的安德烈.海姆等人成功制备并观察到了由一层密集的、处于蜂窝状晶体点阵上的碳原子以sp² 杂化连接形成的单原子层二维原子晶体石墨烯( Graphene)，它是世界上最薄的新型二维纳米材料, 其厚度仅为0. 35 nm。石墨烯优异的电学、力学和热学性质使其成为近年来纳米领域研究的热点,而基于石墨烯的金属纳米粒子-石墨烯的复合结构作为表面增强拉曼的基底，具有高SERS活性及均一性，目前我们正在发展一种基于纳米粒子-石墨烯复合体系的生物相容性SERS基底,用于细胞内生物分子的检测。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的第一目的为：提供一种基于石墨烯的新型SERS探针，该探针具有高SERS活性及均一性；本发明的第二目的为：提供一种该新型SERS探针的制备方法，该制备方法操作简单、可重复性好、成本低廉并且环境友好。

技术方案：本发明的SERS探针采用石墨烯-金属纳米粒子复合结构作为表面增强拉曼的基底，与传统的以金属纳米粒子溶胶为增强基底的SERS探针相比，SERS信号明显增强，且石墨烯表面的金属纳米粒子均一可控。实现方法简述如：首先制备得到氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯采用聚电解质进行功能化修饰后再还原成石墨烯，利用静电吸附的作用将金属纳米粒子沉积在石墨烯的表面。

本发明的新型SERS探针的制备方法包括以下步骤：

步骤1）. 制备各种不同结构的金属纳米粒子；

步骤2）. 制备水溶性的石墨烯溶液；

步骤3）. 在步骤2）得到的石墨烯再采用阳离子的聚电解质进行修饰，使得石墨烯表面带正电；

步骤4）. 在步骤3）得到的阳离子电解质/石墨烯表面组装金属纳米粒子，得到石墨烯-金属纳米粒子的符合结构；

步骤5）. 在步骤4）得到的复合结构表面接上SERS标记物，即制备得到SERS探针。

所述步骤1）中的金属纳米粒子为金纳米粒子颗粒，银纳米颗粒，金纳米棒。

所述步骤2）中制备的氧化石墨烯水溶液，是采用氧化还原的方法。

所述步骤5）的SERS标记物为易于通过化学键插入或静电作用吸附到金属表面的拉曼标记物，该SERS标记物具有较大拉曼散射截面。

有益效果：与现有技术相比，本发明的基于石墨烯的新型探针及其制备方法具有如下优点：

1、本发明利用石墨烯-金属纳米粒子的复合结构作为SERS基底，与传统的以金属纳米粒子溶胶为增强基底的SERS探针相比，SERS信号明显增强，且石墨烯表面的金属纳米粒子均一可控；

2、本发明的制备方法操作简单、可重复性好、成本低廉并且环境友好，复合结构纳米粒子和SERS标记物也只需要极少量就可以完成探针的制备。

附图说明

图1是基于石墨烯的SERS探针的结构示意图；

图2是以DTNB分子为SERS标记物，以石墨烯-金纳米颗粒复合物为基底的探针的SERS光谱，激发波长为633 nm；

图3是以DTNB分子为SERS标记物，以石墨烯-银纳米颗粒复合物为基底的探针的SERS光谱，激发波长为633 nm；

图4是以DTNB分子为SERS标记物，以石墨烯-金纳米棒复合物为基底的探针的SERS光谱，激发波长为633 nm。

具体实施方式