[发明专利]新型仿生表面增强拉曼光谱基底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于拉曼光谱技术和纳米材料技术领域，具体涉及一种新型仿生表面增强拉曼光谱基底及其制备方法。

背景技术

自20世纪70年代中期被发现以来，表面增强拉曼散射（SERS）技术以其独特的谱带窄、灵敏度高、抗光漂白、原位、无损以及可提供指纹图谱信息等优势，在生物医学、表面科学、分子识别、痕量检测等众多领域得到了越来越广泛的应用。表面增强拉曼光谱基底通过电磁场增强效应能显著提高分子的拉曼信号，使得吸附于增强基底上的分子拉曼信号比普通分子拉曼信号增强约10⁴-10⁷倍；通过耦合贵金属纳米基底所产生的表面等离子共振效应，甚至可达到单分子水平的检测灵敏度。制备出成本低廉、方法简便、灵敏度高、重现性好、稳定性强的表面增强拉曼光谱基底是推动SERS技术进一步发展、实现SERS技术广泛应用于分析检测领域的关键之一。

迄今为止，文献已经报道了多种构建表面增强拉曼光谱基底的方法，如电化学活化、化学刻蚀、分子组装、纳米平板印刷、电子束光刻等等。然而这些方法都有一定的局限性，如：制备过程对环境不友好易造成污染，制备规模和成本以及灵敏度、重现性、稳定性经常受多种因素的影响而难以兼顾，因此制约了SERS技术更为广泛的应用。此外，在已报道的表面增强拉曼光谱基底中，传统的1D（一维）基底，如溶胶纳米粒子及其聚集体，所产生的增强效果较强，但其信号随机性较大、重现性较差。常规的2D（二维）基底，如纳米球阵列、纳米棒阵列、纳米线阵列等，虽然具有较好的信号重现性，但相比而言其增强热点的密度有待提高。例如P.R.Stoddart等人（Nanotechnology,2006,17,680）利用电子束沉积技术在蝉翅表面包被上金和银层，制备出了2D仿生基底。但是这种方法所需的仪器设备昂贵、制备成本高，所制得的基底热点密度低、增强效果一般。新兴的3D（三维）基底，如修饰了贵金属纳米粒子的硅纳米柱阵列、玻璃纳米柱阵列、ZnO纳米柱状阵列、碳纳米管阵列等，虽然能够提供高密度的增强热点和较好的信号重现性，但其制作过程复杂、成本较高、难以规模化生产。因此，急需发展新的表面增强拉曼光谱基底的构建方法，制备出成本低廉、性能优良、可大规模生产的表面增强拉曼光谱基底，以此满足快速、灵敏分析检测的需求，推动SERS技术不断发展。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是针对现有技术的不足，提供一种灵敏度高、重现性好、稳定性强、表面洁净的新型仿生表面增强拉曼散射基底。

本发明的所要解决的另一个技术问题是提供一种简便、廉价、环境友好、可大规模制备多维度新型仿生表面增强拉曼光谱基底的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明的制备方法包括以下步骤：

（1）原材料预处理：将蝉翅超声洗净、去掉翅脉，裁剪成小块，经固定、平整后，作为生物模板；

（2）基底制备：将经步骤（1）预处理后得到的生物模板放入直流离子溅射仪中，在惰性气体保护下，以高纯贵金属为靶材，采用间歇式溅射方式将贵金属溅射沉积到生物模板上，即可得新型仿生表面增强拉曼光谱基底；所述高纯贵金属是指纯度为≥99.99%的金和/或银；所述间歇式溅射方式是指每溅射45～75s后，随即停歇45～75s，每一溅射、停歇过程合称为一个周期。

进一步地，所述步骤（2）中，溅射的条件为：溅射气压为8～10帕，溅射电流为4～6毫安，溅射速率为3.0～4.0纳米/分钟，溅射周期为8～20。

进一步地，所述步骤（2）中，所述高纯贵金属为金和银，间歇式溅射过程为先溅射2～4周期高纯金后，再溅射12～14周期高纯银。

进一步地，所述步骤（2）中，所述高纯贵金属为银。

进一步地，所述步骤（2）中，所述溅射速率为3.6～4.0纳米/分钟。

本发明具有以下优点：

1）本发明以来源丰富、取材方便、处理简单的蝉翅为生物模板，制备增强因子高、重现性好、稳定性强、表面洁净的表面增强拉曼光谱基底，可用广谱的激光光源进行激发，对不同浓度的分析物具有显著的表面拉曼增强效果。

2）本发明方法操作简便、成本低廉（每片4×4平方毫米的基底的制造成本为0.5元）、环境友好、效率较高（将原材料蝉翅制备成完整的表面增强拉曼光谱基底不超过1小时）、不使用任何试剂、可大规模生产的表面增强拉曼光谱基底制备方法，批量生产出性能优良的基底，且制备方法的可重复性好，易于工业化。