[发明专利]微流控表面增强拉曼散射透明器件结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种拉曼散射透明器件结构及其制备方法，尤其是一种微流控表面增强拉曼散射透明器件结构及其制备方法，属于半导体器件的技术领域。

背景技术

基于拉曼散射光谱的检测技术是一种不需要对待检测样品进行标记的物质结构分析手段，具有非破坏性、无需接触等特点。随着激光技术和弱信号探测接收技术的发展，作为一种可实现物质结构分子水平检测的手段，拉曼散射光谱检测技术有望在生物检测、疾病诊断、环境监测、化学分析等领域获得实际和广泛的应用。然而，由于拉曼散射截面小，拉曼散射光谱检测的分析灵敏度低，很多分子或者基团的拉曼光谱很难获得。虽然通过提高激励激光功率可以在一定程度上提高拉曼散射光谱的强度，但对于生物样品，强度太大的激光会破坏样品的生物活性，因此很多应用转而利用了表面增强拉曼散射效应来提高样品的拉曼散射光谱强度。

表面增强拉曼散射效应是指粗糙的贵金属表面在入射光激发的情况下增强吸附在其表面的物质分子的拉曼散射光谱信号的一种现象。分子拉曼散射信号的增强来源于粗糙表面在光照射下所产生的表面电子振荡，当入射光的频率与金属自身的等离子体的频率相匹配时，电子振荡达到最大，于是在金属表面产生一个与入射光频率相同的附加局域电磁场，它所覆盖的区域存在着入射光和表面等离子体被激发后叠加在一起的电磁场。由于分子的拉曼散射源于分子自身的极化与外界电场的相互作用，所以处在这个叠加电场中的分子除了受原入射电磁场的作用外还受这个局域增强电磁场的作用，因此激发出的拉曼散射信号也相应地得到了加强。与普通拉曼散射光谱信号相比，表面增强拉曼散射信号的强度有多个量级的增强，甚至可以实现对单分子拉曼散射信号的探测。

截至目前，已经报道了多种多样的基于纳米粗糙面或纳米结构的开放式表面增强拉曼散射活性基底的制备方法，包括溶胶颗粒法、金属电极的电化学氧化还原法、金属纳米小球排布法、气液固化学生长法及物理化学刻蚀法等等。在这些开放式活性基底上尤其是在纳米粗糙面或纳米结构上分布待测试剂时，一般采用浸泡-蒸发法和滴定-蒸发法。当采用浸泡-蒸发法时，可以在开放式活性基底的纳米粗糙面或纳米结构上均匀吸附一层待分析物分子，但是这种方法所需要的试剂剂量大，同时浸泡耗费的时间往往需要几个小时甚至更长。当采用滴定-蒸发法分布待分析物时，所需的试剂剂量在水平方向上只需要覆盖活性基底整个表面，但其高度可能达到毫米量级，因此试剂用量仍旧较大；且该方法也同样需要耗费较长的溶剂蒸发时间；此外，采用该方法在开放式活性基底上分布分子时，由于咖啡环效应等因素的影响，分子在活性基底上的分布不能达到很好的均匀性，从而影响所检测到的拉曼散射信号的一致性；另外，从应用角度上说，采用蒸发法分布待分析物分子不适用于对液体环境有特殊要求的生物分子的活体检测。

微流控表面增强拉曼散射检测器件可以实现液体环境中的分子在片检测，具有测量一致性高，测试时间短等显著优点。但已报道的微流控SERS（Surface-enhanced Raman scattering）检测器件其制备流程复杂，所涉及的工艺步骤繁多，且其活性基底一般采用可见光不透明的材料制备得到，继而在对较大尺寸物质进行检测时，激光从正面进入器件，却往往因为被测物质覆盖纳米森林结构导致激光无法透过该物质顺利到达纳米森林结构，从而使器件的检测失效。另外，已报道的微流控SERS检测器件因为SERS活性基底以外用于键合的键合区域在整个流程中一直暴露于材料沉积、物理刻蚀等步骤中，导致该区域表面粗糙度大，难以实现有效键合。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种微流控表面增强拉曼散射透明器件结构及其制备方法，其结构紧凑，能提高表面增强拉曼散射检测信号的一致性，缩短检测时间，能提高表面增强拉曼散射检测信号的信噪比，能实现对多种物质的同时实时检测，还可实现对大分子、高分子以及结晶类物质的实现检测，具有适应范围广，安全可靠的特点。

按照本发明提供的技术方案，所述微流控表面增强拉曼散射透明器件结构，包括透明活性基底以及支撑在所述透明活性基底上的微流通道结构层，在所述微流通道结构层内设置若干检测微流道，所述检测微流道与微流通道结构层上的入液口以及出液口相连通；透明活性基底与检测微流道相对应的区域表面上均设置有金属纳米森林结构，所述金属纳米森林结构位于入液口与出液口之间。

所述透明活性基底和纳米森林结构为对用于产生拉曼光谱信号的激光可透过，透过率的范围为20%-100%。

所述检测微流道在同一个微流控表面增强拉曼散射透明器件结构中的数量为2-20条。