[发明专利]一种SERS基底单层膜的制备方法及该SERS基底单层膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种SERS基底单层膜的制备方法及该SERS基底单层膜，具体涉及通过在水汽界面利用金纳米棒自组装进行的一种SERS基底单层膜的制备方法及该SERS基底单层膜。

背景技术

拉曼光谱是一种非接触无损的分析技术，它是基于光和材料内化学键的相互作用而产生的。拉曼光谱可以提供样品化学结构、相和形态、结晶以及分子相互作用的详细信息。但是在一般情况下，它的信号强度非常弱，限制了其应用范围。如何增加其光谱强度是拉曼光谱研究中的关键问题。表面增强拉曼散射(SERS)技术克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点，可以使得拉曼增强因子高达10¹⁴-10¹⁵，具有极高的灵敏度，是一种强大的检测低浓度分析物的痕量分析技术，甚至可以实现单分子检测。因此，在化学、生物、环境等领域都是非常重要的分析手段。近年来，随着对纳米材料自组装技术的不断深入研究，利用纳米材料自组装SERS基底的研究也成为SERS的一个重要分支。

目前，学术界普遍认同的SERS机理主要有物理增强机理和化学增强机理两类。SERS的活性表面往往能产生增强的局域电场，是金属表面等离子共振引起的，这被称为物理增强；分子在金属上的吸附常伴随着电荷的转移引起分子能级的变化，或者分子吸附在特别的金属表面结构点上也导致增强，这两种情况均被称为化学增强。然而SERS要求基底为金、银、铜等少数金属且基底表面是粗糙的，这大大限制了SERS技术的应用。基底材料和形貌的普适性问题一直是制约SERS技术发展的关键问题。

专利CN103604798A公开了一种用阴离子修饰纳米粒子增强拉曼光谱的方法，其以金属纳米粒子为内核，以满单层强吸附的阴离子为修饰层，从而获得表面改性的纳米粒子用作SERS基底。专利CN102706856A公开了一种增强拉曼纳米粒子及其制备方法，其在金属纳米粒子表面包裹一层聚多巴胺，用于防治探针污染。现有的增强基底无法获得表面均一的金属纳米粒子，制备金属纳米粒子SERS基底的方法主要是通过将金纳米棒溶液滴加在基片上，待溶剂挥发完全后，剩余的金纳米棒在基片上形成金属纳米棒基底。但是，这种方法获得的SERS基底规模小(在几十微米以下)，结构散布于基板上不连续，无法定位，整体上呈现无序的状态，也并未取得优异灵敏度。

由此可见，如何制备表面均一、灵敏度高的金属纳米粒子增强基底是本领域的一项挑战。寻求一种稳定性高、增强效果好、重现性强的增强体系，实现纳米粒子组装体系中粒子的粒径及其分布的可控性和均一性是构筑SERS活性基底的关键。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种SERS基底单层膜的制备方法，其能实现纳米粒子组装体系中粒子的粒径及其分布的可控性和均一性

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种SERS基底单层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备长径比为3.8-4.2的金纳米棒水溶液；

2)将金纳米棒水溶液离心，再复溶分散在CTAB水溶液中，所得的金纳米棒CTAB水溶液中金纳米棒和CTAB的浓度比例为1-3:1000；

3)配制巯基烷烃的乙醇溶液；将所述巯基烷烃乙醇溶液滴加至步骤2)制备的金纳米棒CTAB水溶液中，所述巯基烷烃乙醇溶液和金纳米棒CTAB水溶液的体积比为1:9-10；充分搅拌，配体置换混合溶液；

4)加入有机溶剂，所述有机溶剂与所述配体置换混合溶液的体积比为1.1-1.5:1，静置样品，在水相上表面制得所述SERS基底单层膜。

由此利用金纳米棒在水汽界面的自组装成大规模有序排列的单层膜，提供一种高效组装SERS基底的方法。

优选地，在步骤1)中，制备所述水溶液的方法为种子成长法。

在步骤2)中，所述CTAB水溶液的浓度1×10^-6molL^-1-15×10^-6molL^-1，所得的金纳米棒CTAB水溶液中金纳米棒和CTAB的浓度比例为1-3:1000，在低浓度的CTAB水溶液中实现对金纳米棒的初步改性。并且在此过程中若金纳米棒出现不可逆团聚则须重新配置；