[发明专利]一种集成微凹面镜的SERS基底及其制备方法

说明书

本发明公开了一种集成微凹面镜的SERS基底，包括衬底，在衬底表面设有微凹面镜阵列，所述微凹面镜阵列上沉积有高反射膜，所述高反射膜上附着有纳米颗粒。本发明还公开了一种集成微凹面镜的SERS基底的制备方法。其具有较高的拉曼增强系数，一致性和稳定性好，制备方法工艺简单。

技术领域

本发明涉及拉曼光谱技术领域，具体涉及一种集成微凹面镜的SERS基底及其制备方法。

背景技术

1974年，英国南安普顿大学的Fleischmann等人首次在电化学氧化还原处理的银电极上观察到吡啶分子的拉曼信号增强高达106。当时认为这种增强现象是由于粗糙化银电极的表面积增大，吸附了更多的吡啶分子而导致的。1977年， Van Duyne和Creighton通过实验研究和理论计算发现，拉曼信号的增强是由粗糙化银电极的表面效应引起的，这种与粗糙表面相关的拉曼增强效应称为表面增强拉曼散射，即SERS。

已经提出了各种物理和化学增强机制来解释SERS机理，其中被广泛接受的机理有两种，电磁增强机理和化学增强机理。通常认为，电磁增强机理能提供4~11个数量级的增强，占SERS增强的主要部分。化学增强只有10-100倍，但它可以显著修改SERS的功能。

SERS技术作为一种分析检测手段，具有高灵敏度、高选择性和无损探测等优势，可以实现对化学及生物分子的痕量检测和鉴定。基底的质量对SERS光谱的信号有着非常重要的影响，因此在SERS研究领域中，基底的研制一直是研究热点之一。目前，各种结构的基底被研制出来，如核壳结构、三维结构、自组装结构、阵列结构等等。目前报道的SERS基底制作方法主要是在平面衬底上，利用各种方法制备有序或者无序结构的纳米颗粒，通过不同工艺调整金属纳米粒子大小、形貌、粒子间距等方式来提高SERS基底的增强系数（Sun XZ,Lin LH, Li ZC, Zhang ZJ, Feng JY. Novel Ag-Cu substrates for surface-enhancedRaman scattering. Mater Lett 2009;63:2306-8；Li JF, Huang YF, Ding Y, Yang ZL,Li SB, Zhou XS, et al. Shell-isolated nanoparticle-enhanced Ramanspectroscopy. Nature 2010;464:392-5；Tong Q, Wang WJ, Fan YN, Dong L. Recentprogressive preparations and applications of silver-based SERS substrates.Trac-Trend Anal Chem 2018;106:246-58）。

当用平面SERS基底进行样品检测时，样品分子的拉曼光向各个方向散射，由于受拉曼探测器物镜的数值孔径的限制，只有部分散射光被探测到，影响了检测的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成微凹面镜的SERS基底及其制备方法，其具有较高的拉曼增强系数，一致性和稳定性好，制备方法工艺简单。

本发明所述的集成微凹面镜的SERS基底，包括衬底，在衬底表面设有微凹面镜阵列，所述微凹面镜阵列上沉积有高反射膜，所述高反射膜上附着有纳米颗粒。

进一步，所述微凹面镜阵列采用各向同性湿法腐蚀制得，单个微凹面镜的直径为1~300μm。

进一步，所述高反射膜为金属膜，所述金属膜的材质为金、铂、铝或铬。

进一步，所述纳米颗粒为贵金属纳米材料或复合纳米材料，所述贵金属纳米材料的材质为金、银或铜，所述复合纳米材料的材质为金核银壳、银核金壳、金/银核二氧化硅壳或金/银核石墨烯壳。

进一步，所述衬底的材质为半导体、玻璃、陶瓷或蓝宝石。

进一步，所述高反射膜的厚度为50~300nm，所述纳米颗粒的粒径为30~100nm。