[发明专利]一种表面增强拉曼衬底的制备方法

说明书

一种表面增强拉曼衬底的制备方法，在衬底上，通过纳米压印的方法获得纳米柱状阵列结构；在纳米柱状阵列结构上沉积金属，获得金属纳米手指阵列结构；在金属纳米手指阵列结构上沉积1纳米的四面体碳膜；在四面体碳膜包覆的金属纳米手指阵列结构上滴入高纯乙醇溶液，在自然条件下挥发，形成金属纳米手指闭合阵列结构。本发明在乙醇挥发过程中，毛细管力会促使金属纳米手指相互之间坍塌，从而形成金属纳米手指闭合阵列结构。由于在金属纳米手指之间形成两倍四面体碳膜厚度的可控间隙，从而在间隙区域形成强耦合的增强电场，可实现单分子层次的表面增强拉曼检测。

技术领域

本发明，涉及一种纳米材料，涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料，特别涉及一种表面增强拉曼衬底的制备方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）技术在物理学、化学、材料学、生物医学等领域都有着广泛的应用。其增强原理是基于金属纳米结构的表面等离激元效应的共振激发，从而在金属纳米结构表面形成增强的电磁场，使得位于金属表面增强电磁场附近分子的拉曼信号得到极大增强，一般拉曼信号的增强因子与增强电磁场强度的四次方成正比。相对于其它测量手段，拉曼探测具有分子识别和指纹性质，且对水溶液不敏感，对生物分子的探测尤其有用。但拉曼光谱的缺点是信号非常弱，而采用表面增强拉曼技术使得这一难题得到解决。因此，表面增强拉曼光谱技术可真正应用于生物分子的微量检测领域。

对表面增强拉曼技术来说，最重要的是开发基于金属纳米结构的有效增强衬底，并且具备增强因子高、成本低、再现性好的特性。目前，银(Ag)和金(Au)的纳米结构有序阵列及其胶体颗粒溶液均被广泛使用，而纳米结构有序阵列相对于胶体溶液来说，具有稳定性强、再现性好等优点，因而在表面增强拉曼检测中得到广泛应用。目前的研究表明，在众多金属纳米阵列结构中，两个结构单元相互靠近形成的耦合结构体系被广泛研究，这是由于相对于单个纳米结构体系，两个纳米结构在较小的间隙内相互耦合所获得的电场是目前为止所预测的最大增强电场，可达到单分子检测水平。目前的纳米微加工技术，由于电子波动性而导致的束斑大小限制，纳米结构之间的间隙大小最小只能控制在7-8纳米，而耦合增强电场与间隙的大小成反比关系，即间隙越小，耦合电场越强。考虑到量子隧道效应，基本上间隙大小控制在1-2纳米时，耦合电场最强。继续降低间隙大小低于1-2纳米，会导致增强电场减弱。但是，由于加工精度的限制，目前的间隙大小存在较大的波动，使得增强电场的分布大小不一，这样将造成表面增强拉曼增强因子的波动，不利于表面增强拉曼技术的实际应用。

目前，基于溶液中的纳米金属颗粒，可通过DNA方法较为精确地控制颗粒之间的间隙，且大小可降为1-2纳米，但是使用胶体颗粒溶液作为增强技术，在实际使用过程中局限较大，无法满足实际的需求，而且在溶液中间隙分布不可控，无法准确把待测分子放到耦合电磁场区域，无法精确实现单分子水平的拉曼检测。而对于基于纳米微加工技术制备的金属纳米阵列结构，由于精度的限制始终无法提供高增强因子、再现性好的表面增强拉曼衬底，也无法实现单分子水平的拉曼检测。

发明内容

为解决现有技术的不足，提供一种表面增强拉曼衬底的制备方法，这种方法制备简便合理，可大批量、低成本地制备，容易获得超强的表面增强拉曼效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种表面增强拉曼衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在玻璃、硅片、石英、柔性材料、光纤的衬底上，通过纳米压印的方法获得纳米柱状阵列结构，柱体材料为柔性聚合物；

步骤2：在通过步骤1获得的纳米柱状阵列结构上沉积金属，获得金属纳米手指阵列结构；

步骤3：在通过步骤2得到的金属纳米手指阵列结构上沉积1纳米的四面体碳膜；