[发明专利]一种单向静电纺丝三维拉曼增强基底及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光学检测材料技术领域，本发明涉及一种单向静电纺丝三维拉曼增强基底及其制备方法和应用。由内到外依次为银纳米颗粒、PVA包覆层、银纳米颗粒，PVA包覆层内侧的银纳米颗粒的平均粒径为72nm，PVA包覆层外侧的银纳米颗粒的平均粒径为7nm。通过静电纺丝方法制备得到聚乙烯醇@银纳米颗粒纺丝基底，通过热蒸镀的方法沉积银纳米颗粒，得到聚乙烯醇@银纳米颗粒/银纳米颗粒拉曼增强基底。

技术领域

本发明属于光学检测材料技术领域，具体涉及一种单向静电纺丝三维拉曼增强基底及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

拉曼增强这一物理现象，由于其可以提供超灵敏和无标记的化学和生物分析，近几年已经吸引了广大研究者们的注意力。研究人员已经付出很多努力提高拉曼增强基底的增强强度、灵敏度和均匀性。研究表明，这些指标主要取决于贵金属在受到激光激发的作用产生的热点的数量和密度。三维拉曼增强基底相比二维增强基底而言，具有较大的比表面积，因而可以增加热点的数量，同时非常利于待测分子的吸附，因此可以获得高灵敏度的拉曼增强信号。目前大量工作主要采用高成本、工艺复杂的光刻技术实现二维或者三维拉曼增强基底制备，因此限制了大批量生产。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种单向静电纺丝三维拉曼增强基底。拉曼增强基底的增强强度、灵敏度和均匀性这些指标还极易受金属纳米结构的形状、尺寸和周期性的影响。相比传统的单一球形纳米颗粒，某些复杂的纳米颗粒由于其较高的周期性和超狭窄的纳米间隙使拉曼增强基底就有更多，密度更大的热点。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一方面，一种单向静电纺丝三维拉曼增强基底，PVA包裹银纳米颗粒，并形成棒状纤维，棒状纤维的外表面负载银纳米颗粒，形成增强基底，棒状纤维外表面的银纳米颗粒平均粒径小于棒状纤维内银纳米颗粒的平均粒径。

PVA表面的银纳米颗粒之间的超窄纳米带隙不但获得高密度的横向热点，PVA内部的银纳米颗粒与表面的银纳米颗粒的等离子体耦合效应也同时获得高密度的纵向热点。此发明引入玉米纳米结构，PVA表面的银纳米颗粒是玉米粒，PVA包裹银纳米颗粒是玉米棒。这种玉米结构在横向和纵向都产生强烈的电磁场，提高热点密度，增强拉曼增强基底的灵敏性。从而实现多种有毒分子溶液的检测。本发明第一次实现基于聚乙烯醇@银纳米颗粒/银纳米颗粒单向静电纺丝拉曼增强基底的制备。

优选的，PVA包裹的银纳米颗粒的平均粒径为72nm。

优选的，棒状纤维的外表面负载的银纳米颗粒的平均粒径为7nm。

第二方面，一种单向静电纺丝三维拉曼增强基底的制备方法，具体步骤为：银胶溶液与聚乙烯醇水溶液混合，通过静电纺丝方法制备得到聚乙烯醇@银纳米颗粒(PVA@Agnanofibers)纺丝基底，在PVA@Ag nanofibers纺丝基底的表面通过热蒸镀的方法沉积银纳米颗粒，得到聚乙烯醇@银纳米颗粒/银纳米颗粒(PVA@Agnanofibers/AgNPs)拉曼增强基底。

通过静电纺丝的方法得到聚乙烯醇包裹银纳米颗粒的基底，然后在聚乙烯醇包覆层的外表面沉积银纳米颗粒得到三维拉曼增强基底。通过静电纺丝方法使银纳米颗粒成链状排列，得到柔软的拉曼增强基底，PVA作为包覆层，起到隔离内侧的银纳米颗粒和外侧的银纳米颗粒的作用，相比于现有的SERS基底制备中，将PVA作为一种分散稳定剂，本发明中PVA还作为一种隔离层，这样内侧的银纳米颗粒和外侧的银纳米颗粒能够产生等离子体耦合效应，而获得高密度的纵向热点，同时能够各自发挥作用。从而实现多种有毒分子溶液的检测。

上述单向静电纺丝三维拉曼增强基底的制备方法，具体步骤为：