[发明专利]表面增强拉曼散射传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼散射芯片技术领域，尤其涉及一种表面增强拉曼散射传感器及其制备方法。

背景技术

激光拉曼光谱技术近年来成为研究分子结构常用的光谱技术之一。这主要是由于在现有的光谱技术中红外和拉曼技术是仅有的两种能够给出分子结构信息的表征手段。然而，一般的拉曼光谱信号比较弱，灵敏度很低，光散射信号易被荧光掩盖，这很大程度上降低了拉曼光谱技术的实用性。一直到1977年Van Duyne和Creighion发现吸附在粗糙银表面的吡啶分子的拉曼信号要比溶液中的单个吡啶分子的拉曼信号大约强10⁶倍，并且将这种信号增强归结于银表面与吡啶分子的物理或化学作用。这一发现开启了拉曼技术的新时代，同时也将这种不寻常的拉曼增强散射称为表面增强拉曼散射（SurfaceEnhancedRaman Scattering）效应，简称SERS。表面增强拉曼散射能够提供分子振动指纹的光子非弹性散射，为深入表征表面的结构提供了分子水平的信息，这种技术已经在表面科学、分析科学和生物科学等领域得到广泛的应用。

但是拉曼散射的辐射强度与受到照射的分子数目成正比，而通常情况下入射光中只有极少数的光子会发生拉曼散射，因而使得散射信号非常微弱以至于难以检测和识别目标分子。为了能够增强信号达到正常检测的需要，人们通过各种方法制备规则排列的纳米银阵列结构。比如气相沉积法、电化学沉积法、光刻法、化学合成法、纳米阵列自组装、STM辅助纳米结构形成法、纳米球印刷法等等。但是由于衬底表面性质、加工工艺难度、加工环境条件和生产成本等限制因素，还很难获得精确控制纳米结构形态、尺寸、阵列化程度的SERS表面衬底。

因此探究一种制备工艺简单方便，生产加工成本低廉，而且能够准确灵活地控制SERS传感器表面纳米阵列的方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种表面增强拉曼散射传感器及其制备方法，该传感器具有阵列化的金属纳米柱结构，能够显著增强拉曼散射信号，可应用于活性生物大分子、毒品、爆炸物、食品卫生、医学成像和环境检测等众多领域。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种表面增强拉曼散射传感器，包括基底以及基底上的金属纳米柱阵列，所述金属纳米柱的上端面为平面，截面为六边形；所述金属纳米柱的高度为400～600nm，直径为100～200nm；其中，相邻的两个金属纳米柱的间距为200～500nm。

优选地，所述金属纳米柱为Au、Ag或Cu金属纳米柱。

优选地，所述基底包括硅片、玻璃、金属板或塑料板。

如上所述的表面增强拉曼散射传感器的制备方法，包括步骤：

（a）应用印刷工艺将铝墨水打印于所述基底上，在基底上获得厚度为400～600nm的导电性铝膜；

（b）以所述基底为阳极，应用阳极氧化工艺在所述导电性铝膜上形成阵列化的孔洞，所述孔洞的截面为六边形，深度为400～600nm，直径为100～200nm；相邻的两个孔洞的间距为200～500nm；

（c）应用磁控溅射工艺或电化学沉积工艺在所述孔洞中沉积金属，获得所述金属纳米柱；

（d）去除所述导电性铝膜，获得表面增强拉曼散射传感器。

优选地，所述阳极氧化工艺采用两步阳极法，以Pt为阴极。

优选地，所述铝墨水的组成为5～10%的铝化合物、89～93%的有机溶剂以及0.1～2%的表面活性剂。

优选地，所述铝化合物为氢化铝-丁基醚、氢化铝-苯甲醚络合物中的任意一种，所述有机溶剂为四氢呋喃，所述表面活性剂为乙二醇。

优选地，所述两步阳极氧化工艺具体包括步骤：

Ⅰ、以所述基底为阳极、Pt为阴极，以浓度为15wt%的H₂SO₄、0.4M的C₂H₂O₄或5wt%的H₃PO₄中的任意一种作为电解液，在40～60V的电压下，氧化5～8小时，然后利用磷酸和铬酸的混合溶液去除所述铝膜表面的氧化层；