[发明专利]一种表面增强拉曼散射探针及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料学、生命分析化学领域，具体涉及一种表面增强拉曼散射（SERS）探针及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱信号强度比普通拉曼光谱强度高几个到十几个数量级，因此表面增强拉曼散射信号被用于极低浓度甚至单分子的检测，并且在检测有机分子和生物分子时显示出非常简便、快速、廉价的技术特点。自聂书明(science, 1997, 275,1102-1106)于1997年报道了单分子的表面增强拉曼散射(SERS)检测技术，特别是美国西北大学Mirkin(Science,2002,297,1536-1540)和聂书明(Nat.Biotech, 2008, 26, 83-89)小组分别报道了DNA和RNA以及活体内癌症标志物的SERS检测技术以来，SERS的研究受到了包括物理、化学和生物学家的极大关注并且引起了极大的研究兴趣。

目前彻底揭开产生SERS物理机制的神秘面纱仍将需要人们深入细致的工作来完成，然而局域电磁场增强导致分子拉曼信号增强已被人们广泛接受，理论计算单个金属粒子周围电磁场分布发现，并不是表面光滑的球形纳米粒子的增强效果最佳，反而不规则且一端尖锐的纳米粒子易导致强烈的拉曼增强效果，进一步发现由两个或多个纳米粒子组成的聚集体中粒子之间的电磁场能够进一步被增强，这些电磁场的局域空间被称为“热点”(hot-spots)。一般来说，单粒子的SERS增强因子为106，而“热点”导致的增强因子可达十几个数量级，因此人们通过自组装、微加工等各种方法构建能够产生“热点”的纳米结构和二维SERS衬底(Nano. Lett. 2006, 6, 2173-2176; Nano. Lett. 2007, 7, 2080-2088 )。然而，这些方法具有可重复性低、操作复杂、制备昂贵等不足。

发明内容

鉴于以上不足，本发明的目的旨在提出一种表面增强拉曼散射探针及其制备方法，以解决产品制法重复性低、操作复杂、制备成本大的问题，为纳米材料学、生命分析化学的发展铺垫。

为了解决以上技术问题，本发明提出一种表面增强拉曼散射探针，其特征在于：所述探针为夹心结构，由核心的贵金属纳米棒、拉曼信号分子包裹其中的中间夹心层和中心夹心层表面生长形成的贵金属外壳层构成。

进一步地，所述核心的贵金属纳米棒为长径比介于2-6、表面等离子体吸收区域介于500-2000nm波长范围的金纳米棒。

进一步地，所述中间夹心层为厚度1-10nm的二氧化硅或聚电介质，其中所述聚电介质至少为聚苯乙烯磺酸钠/聚丙烯基胺盐酸盐、聚丙烯酸/聚丙烯基胺盐酸盐、聚苯乙烯磺酸钠/聚二丙烯基二甲基胺盐酸盐或聚丙烯酸/聚二丙烯基二甲基胺盐酸盐中的一种。

进一步地，包裹在中间夹心层中的所述拉曼信号分子至少为巯基苯、巯基苯铵、巯基吡啶、对巯基甲苯、罗丹名染料分子、异硫氰酸荧光素、四甲基罗丹明-6-异硫氰酸、4-巯基吡啶、2,3-二氯巯基苯、２-一氯巯基苯或巯基萘中的一种。

进一步地，所述贵金属外壳层为表面连续平滑且厚度介于10-50nm的金金属壳层或银金属壳层。

本发明还提出一种制备上述表面增强拉曼散射探针的制备方法，包括步骤：

Ⅰ、预制备长径比介于2-6、表面等离子体吸收区域介于500-2000nm波长范围的贵金属纳米棒；

Ⅱ、将拉曼信号分子与步骤Ⅰ制得的贵金属纳米棒反应，使拉曼信号分子吸附或偶联在探针的贵金属纳米棒表面；

Ⅲ、在步骤Ⅱ制得的贵金属纳米棒表面形成包裹拉曼信号分子的中间夹心层；

Ⅳ、在乙醇溶液分散系中加入氨基化溶液，对步骤Ⅲ制得的探针中间夹心层表面修饰氨基功能基团，同时用四羟甲基氯化磷还原法制备1-3nm的贵金属胶体溶液作为制备贵金属外壳层的生长种子；

Ⅴ、将修饰有氨基功能基团的探针与贵金属胶体溶液混合，使二氧化硅中间夹心层表面吸附贵金属外壳层的生长种子；

Ⅵ、在还原剂催化下，步骤Ⅴ制得的探针分散于对应的贵金属盐溶液中，被还原的贵金属原子沿生长种子的晶格外延生长，形成连续光滑的贵金属外壳层。

进一步地，所述步骤Ⅲ采用正硅酸乙酯碱溶液水解的方法，在步骤Ⅱ制得的贵金属纳米棒表面形成包裹拉曼信号分子的二氧化硅中间夹心层，其中正硅酸乙酯的浓度介于0.1mmol/L-2.0mmol/L，氢氧化钠调节碱溶液pH值介于6-14，正硅酸乙酯与贵金属纳米棒的摩尔用量比为1:200-200:1。