[发明专利]一种定量检测水样汞离子浓度的SERS传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物与拉曼光谱检测技术领域，涉及一种表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering，全文简称：SERS）传感器及其制备方法，具体涉及一种定量检测实际水样汞离子浓度的SERS传感器及其制备方法。

背景技术

汞是一种常见的有毒重金属，主要以二价汞离子（Hg²⁺）形式存在，对人类的健康和环境都能产生极大的危害。汞化合物对人体的损害与进入体内的汞量有关，美国国家环境保护局规定在饮用水中汞离子含量不得高于10nM。汞对人体的危害主要涉及中枢神经系统、消化系统及肾脏，此外对呼吸系统、皮肤、血液及眼睛也有一定的影响。同时，汞离子具有持久污染性、易迁移性和高度的生物富集性，它能够在环境中累积，通过食物链转移到人体内，引起人体各种疾病（参见：Nat. Nanotechnol.2009, 4, 742–746）。因此对于汞离子的检测已日益成为环境监测保护的重要问题，研发新型汞离子检测方法对于环境保护、疾病预防、重大环境污染监测具有重要意义。 

研究发现，一个汞离子能特异性地和两个胸腺嘧啶碱基（T）共价结合形成稳定的T-Hg²⁺-T结构，利用这一原理，已经建立了多种基于荧光信号转变检测汞离子的方法，如Akira Ono等设计了一条富含碱基（T）的寡核苷酸序列，其5’端标记有猝灭素，3’端标记有荧光素，当汞离子存在时，由于T-Hg²⁺-T的结合作用而使寡核苷酸形成发夹结构并导致3’端和5’端靠近引起荧光猝灭从而对汞离子进行定量测定（参见：Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 116, 4400-4402）。

表面增强拉曼散射与传统的拉曼信号相比，在理想情况下，信号能放大10¹²~10¹⁵倍，从而为极低浓度条件下分析物的检测提供了可行性，因此被认作是一种强大的分析工具，在生物传感领域以及生命科学领域有着广泛的应用。1997年Nie S. M.等首次报道了银纳米粒子对吸附在其表面上的若丹明分子的拉曼信号放大作用（参见：Science, 1997, 275, 1102-1106）。随后，Xia Y. N.发展了基于液相银或金纳米粒子的SERS基底（参见：Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 164–168）。然而，在溶液状态下物质容易聚集，发生团聚，从而导致其稳定性差，重现性不好。因此，更多的努力开始致力于发展稳定性好、高重现性的基底。表面修饰银纳米粒子的硅纳米线，由于银纳米粒子被很好固定在硅纳米线表面，从而很好避免了银纳米粒子的聚集，提高了其稳定性，因此表面修饰银纳米粒子的硅纳米线已被作为SERS基底用于各种生物分析检测中（参见：Nano Today 2010, 5, 282-295; Nano Today 2011, 6, 122-130）。

目前最广泛使用的检测汞离子的技术是原子吸收光谱和原子发射光谱。但这些方法对样品的后处理要求比较高，并且检测精度比较低，所以不适合实际水样的检测。因此开发一种简单、快速、高灵敏、特异性检测重金属汞离子方法显得格外重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在提供一种快速的定量检测实际水样中汞离子浓度的SERS传感器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明将DNA技术与表面增强拉曼散射（SERS）技术相结合，首先采用氟化氢辅助刻蚀方法制备硅纳米线阵列，然后金纳米粒子原位生长制备金纳米粒子修饰的硅纳米线阵列，最后构建出金纳米粒子修饰的硅纳米线阵列的SERS传感器。

具体的，本发明提供如下技术方案：

本发明的定量检测实际水样汞离子浓度的SERS传感器的制备方法，包括下述步骤：

（a）氟化氢辅助刻蚀制备硅纳米线阵列

（1）首先将硅晶片依次用去离子水、丙酮、去离子水进行超声清洗，再放入浓硫酸和过氧化氢混合溶液进一步清洗，然后再用去离子水清洗，得到干净的硅晶片；

优选的，所述的硅晶片为0.01~20Ω*cm的p型或n型硅晶片。

优选的，所述的过氧化氢溶液质量浓度为40%，浓硫酸和过氧化氢体积比=1:（0.01~100）。

（2）将步骤（1）清洗干净的硅晶片置入氟化氢溶液中进行振荡反应，得到表面覆盖大量硅-氢键（Si-H）的硅晶片；

优选的，所述的氟化氢溶液质量浓度为1~40%。