[发明专利]水浴恒温制备近红外表面增强拉曼散射基底金纳米岛膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术，尤其是涉及一种稳定、高效近红外表面增强拉曼散射基底纳米金岛膜制备方法技术领域。该技术快捷、简单、廉价，更适合于推广。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)光谱，由于其极高的检测灵敏度近年来在物理、化学、生物等各方面都得到了广泛的应用。该技术中所必须使用的 SERS 基底的制备方法很多，主要有化学还原法、激光烧蚀法、真空蒸镀法、磁控溅射等方法。

不同的制备方法各具优缺点。传统上，常采用硼氢化钠或柠檬酸钠还原硝酸银的方法制备纳米银溶胶作为SERS基底，但很容易引入硼氢酸根和柠檬酸根离子，在进行SERS 检测时被检测分子常会受到来自硼氢酸根、柠檬酸根离子的干扰，甚至得不到被检测分子的 SERS 谱。为解决这一难题，人们发展了激光烧蚀法制备胶态纳米银粒子，而且可以获取各种形状的纳米银粒子。但这种方法要求的制备条件较高，必须具备高功率大型激光设备，限制了边远地区无大型激光设备科研单位的应用。而且，胶态纳米金属粒子作为 SERS 基底稳定性差，尤其是当加入分析物后胶态粒子会发生凝聚，使得其光谱重现性差。近年来，国内外利用真空蒸镀（Vacuum Evaporation）、磁控溅射（Magnetron Sputtering）等技术在玻璃、硅片及阳极氧化铝模板（AAO）等基底上沉积生长纳米银薄膜作为SERS 基底，具有较强的增强效果和优良的稳定性，但所用设备昂贵、制备条件要求很高，限制了其推广应用。 

在生物大分子SERS检测中，(1) 生物大分子的拉曼散射截面小，难以得到其有效的拉曼信号，很大程度上限制了拉曼光谱技术在该领域的应用；(2) 激发光波长也是一个重要因素。研究发现，当激发光波长小于514.5 nm 时会导致蛋白质分子 “光致损伤”，同时还会引起生物大分子较强的荧光发射，这对生物大分子的拉曼信号采集影响很大；然而，当激发光波长大于660 nm 时则不会导致蛋白质分子 “光致损伤”，即便是激发光的功率密度达到 1.27 ×10⁸ W/m²；同时，可以降低生物大分子的荧光发射。因此，在生物大分子SERS 研究中，采用近红外激发光源可以有效避免生物大分子 “光致损伤”和荧光效应。 (3) 大多金属纳米颗粒的氧化性很强, 当生物大分子吸附于表面时很容易引起氧化, 而金纳米颗粒的氧化性较弱, 不易引起生物大分子变性氧化变性, 而且研究表明金纳米粒子毒性较弱, 具有更好的生物兼容性。(4) 一般的SERS基底采用贵金属金、银、铜来制备，在生物大分子尤其是细胞、细菌检测中银和铜毒性较大，而金的毒性很小，对生物细胞来讲具有很好的兼容性。因此制备金纳米薄膜作为 NIR-SERS 基底在生物大分子检测中很有意义。

近年来，近红外表面增强拉曼散射(NIR-SERS) 光谱技术，以其独特优势成为研究生物大分子结构的有力手段而倍受研究者关注。目前，在生物大分子NIR-SERS研究领域，由于缺乏稳定、高效且具有生物兼容性的NIR-SERS基底而倍受限制。现有的多数SERS基底，一方面缺乏生物兼容性；另一方面，其等离子体共振峰不属于近红外取，不能很好的应用于生物大分子的NIR-SERS检测。因此，制备新型、稳定、高效、生物兼容性NIR-SERS 基底是 NIR-SERS 光谱技术应用于生物大分子结构分析的关键，也是目前国内外的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的多数SERS基底生物兼容性和近红外活性不足的问题，同时也可以克服一般SERS基底由于其氧化性而导致被测试生物分子被氧化。进而提供一种高效检测生物大分子的纳米金岛膜作为NIR-SERS基底，其原理是利用水域恒温加热获得负电性胶态纳米金粒子，使带负电的纳米金颗粒在胶体中直接组装到带有正电荷的玻璃基底表面上。采用此方法制备出的纳米金岛膜有两个等离子体共振峰，分别位于526 nm 和810 nm 附近，后者为于近红外区，具有较好的近红外特性，可以很好的匹配处于近红外区的激发光源 (常用的785 nm)。该激发光一方面可以有效避免生物大分子荧光效应，同时可以避免生物大分子的“光致损伤”；另外，该基底对生物大分子拉曼散射有很好的表面增强效果。

本发明是通过如下技术方案来实现的。