[发明专利]SERS单元及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种SERS单元，其包括：基材，其表面具有离散分布的多个纳米凹陷部；多个纳米粒子聚集体，每一纳米粒子聚集体由多个纳米粒子聚集形成，且每一纳米粒子聚集体分别被一对应的纳米凹陷部所限制。本发明还公开了所述SERS单元的制备方法，其通过将包含纳米粒子的分散液对具有纳米凹陷部的基材进行浸渍，再利用纳米粒子自组装即可获得SERS单元。本发明的SERS单元可以直接作为SERS芯片应用，并具有高SERS活性，高均匀性，极佳的稳定性和高批次重现性等优点，且制备工艺简单，能大面积、大规模生产，具有广阔的商业前景。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)技术，特别涉及用于表面增强拉曼检测的芯片及其制备方法与应用。

背景技术

表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)是通过金属纳米结构表面上或附近的探针分子与金属表面发生等离子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)相互作用从而引发拉曼增强散射，SERS产生的拉曼信号较普通拉曼散射会增强10³-10¹⁴倍。相对于其它光谱检测方法，SERS具备高灵敏度、高选择性和检测条件宽松三个明显优势，可广泛地应用于痕量分析、单分子检测、生物医学检测、表面吸附和催化反应等诸多领域。

SERS活性的高低与SERS芯片(又称SERS基底)的结构尤其是其上的纳米结构密切相关。早期的SERS芯片，如电化学的粗糙金属电极或贵金属纳米溶胶滴干后形成的纳米粒子团聚体，由于其纳米结构具有随机性，导致SERS信号不均匀，目标分子信号重复性差，严重影响了SERS技术的发展和应用。为了获得可重复的SERS信号，人们制备了一系列具有规则纳米结构的SERS基底。例如，CN103590037A公开了一种单层膜结构的SERS基底，该 SERS基底具有高度规则的纳米结构，均匀性优异，检测结果具有较高的重现性和可信度。然而，其增强因子(EF)仅有10⁶，限制了其在痕量分析中的应用。还有些研究人员通过原子蒸镀、磁控溅射、脉冲沉积或电化学沉积制备纳米粒子聚集体，获得了较高的增强因子，但是制备工艺复杂，可控性差，成本高，从而很难实现规模化推广应用。

随着人类社会的发展，在食品卫生，环境污染，公共安全方面的痕量物质检测需求越来越高。而具有超高灵敏度的SERS技术(甚至可实现单分子检测)发展至今虽然已近50年，却因受限于低成本高质芯片的获得，而无法在痕量物质检测中普及应用。有鉴于此，提供一种成本低廉、制备工艺简单、高度重现且具有高SERS活性而能够广泛用于痕量分析的芯片具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有新型纳米结构的SERS芯片，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明的一个方面提供一种SERS单元，其包括：基材，其表面具有离散分布的多个纳米凹陷部；多个纳米粒子聚集体，每一纳米粒子聚集体由多个纳米粒子聚集形成，且每一纳米粒子聚集体分别被一对应的纳米凹陷部所限制。

所述离散分布指所述多个纳米凹陷部在所述的基材的表面上各自分离分布，呈微观无序而宏观均一状。纳米凹陷部包括但不限于纳米坑、纳米孔洞等形态。

根据本发明的一个方面，相邻两个所述纳米凹陷部之间的距离不超过100nm，优选不超过50nm，更优选为10nm～30nm。

在一些优选实施方式中，纳米粒子聚集体通过纳米粒子在液相中自组装方式形成。自组装的驱动力包括但不限于重力、范德华力、静电作用、氢键、疏水作用、偶极相互作用。所述纳米粒子聚集体的大小尺寸以及所述纳米粒子聚集体中所含纳米粒子的数量可通过纳米粒子分散液的浓度、自组装时间等条件来控制。

本发明的一个方面还提供一种SERS芯片(也称SERS基底)，其包括一个或多个本发明所述的SERS单元。