[发明专利]一种基于壳层隔绝纳米粒子的三维热点拉曼检测芯片

说明书

本发明公开一种基于壳层隔绝纳米粒子的三维热点拉曼光谱检测芯片，由两部分组成：一部分是疏水基底；另一部分是壳层隔绝纳米粒子，壳层隔绝纳米粒子堆积构成三维热点结构。此芯片用于拉曼光谱的检测，相对于传统的二维SERS基底或者纯金属基底来说，对进入热点的物质具有更高的增强效果，极大增加拉曼的检出限，并且由于惰性壳层的存在，保证了纳米粒子更加稳定，不会被外界环境破坏，更不会与待测物发生反应而影响检测结果，保证了检测的准确性和稳定性。另外，也延长了该基底的保存时间，无需苛刻的保存条件，更具有普通商品的特性，更有利于该芯片的使用、保存、流通。

技术领域

本发明涉及高灵敏、高稳定性的基于壳层隔绝纳米粒子的三维热点拉曼光谱检测芯片。

背景技术

社会经济的迅速发展也带来了多方面的环境问题。不断产生的各种污染物（氰化物、多环芳径和重金属离子等），严重危害人民的健康与日常生活。随着人们生活水平的日益提高，健康、环保越来越受到重视。因此，国家、企业、研究机构出台了各种行业、领域和物质的检测标准，以及市场的准入机制。各种危险物质的常规检测方法（如色谱、质谱等），需要复杂样品前处理过程，且操作繁琐、设备昂贵，无法现场快速监测。因此，这些物质的快速准确检测技术一直是一大难题。

拉曼光谱是具有指纹识别功能的分子光谱技术，可在毫秒范围内实现样品无损伤的定性定量分析。但相比于质谱等传统检测方法而言，普通拉曼光谱检测灵敏度低，且不适用于复杂体系。表面增强拉曼光谱利用金银纳米结构表面的电磁场，可以百万倍地增强附近分子的拉曼信号，从而实现物质的痕量检测（甚至达到单分子水平）。此外便携式拉曼光谱仪具有便于携带、操作简单、野外实时检测等特点，测试样品不需要特殊的前处理和制样工作，但受制于灵敏度而较难应用于实际生活。

但其检测灵敏度低，仅限于对高浓度的物质进行分析。表面增强拉曼光谱（SERS）利用金银纳米材料所独具的电磁场增强效应，可将待测物的信号放大数百万倍，实现了拉曼光谱对痕量目标物的高灵敏检测。其检测灵敏度可以达到单分子水平，克服了拉曼光谱检测灵敏度低的问题。由于其极高的表面灵敏度，表面增强拉曼光谱在表面化学、分析化学、电化学、生物化学和材料学等领域得到了广泛的应用。目前主要局限来源于，纳米粒子和检测基底的不均匀性，重现性不高，导致它通常只用于作定性分析，很难进行定量分析。因此 SERS 能否走向实际应用，关键是得到高增强、均匀、稳定的基底。

随着制备高性能、均一稳定的SERS纳米衬底技术不断成熟与发展，便携式拉曼光谱仪必将结合表面增强拉曼光谱技术，实现快速现场痕量检测。但到目前为止，还很难获得高性能、重现性稳定的SERS纳米基底。例如Renishaw公司的Klarite型商用SERS芯片，利用离子束刻蚀技术在硅基底表面刻蚀出倒金字塔形状的三维光子晶体，然后在硅基底镀上一定厚度的金，形成了金的三维倒金字塔周期结构。但这种芯片的制备过程周期较长，且离子束刻蚀、溅射镀金技术等都非常昂贵且复杂，因此芯片的制备成本很高，为便携式表面增强拉曼检测技术的广泛推广带来了困难。

发明内容

为了有效解决上述难题，本发明的目的在于提供一种基于壳层隔绝纳米粒子的三维热点拉曼光谱检测芯片，以低成本制造适合商业化的、均匀的拉曼光谱增强基底，并用于拉曼定量检测。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于壳层隔绝纳米粒子的三维热点拉曼光谱检测芯片，由两部分组成：一部分是疏水基底；另一部分是壳层隔绝纳米粒子，壳层隔绝纳米粒子堆积构成三维热点结构。

该基于壳层隔绝纳米粒子的三维热点拉曼光谱检测芯片可用于表面增强拉曼检测。

所述疏水基底的制备方法是：其材料可以为疏水的硅片、玻璃片、聚四氟乙烯塑料基底、聚三氟乙烯基底、聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)或陶瓷基底，将上述材料浸入含有0.5 - 3wt.% HF酸和1 - 5wt.%NH4F的混合溶液中获得疏水基底。