[发明专利]一种基于纸纤维衬底的SERS基底及制备方法

说明书

一种基于纸纤维衬底的SERS基底及制备方法，属于等离激元纳米光子学和光学传感技术领域。在纸纤维衬底表面上粘附有表面包覆四辛基溴化铵的金纳米颗粒，形成检测区域，金纳米颗粒的粒径为100‑160nm；在检测区域内金纳米颗粒之间具有空隙。基于常见的纸质纤维和常规化学方法合成的表面包覆有四辛基溴化铵的金纳米颗粒胶体以及低温热处理过程。而其光物理学特性、SERS性能和检测灵敏度可以达到目前高端制备技术的水平。

技术领域

本发明属于等离激元纳米光子学和光学传感技术领域。提出一种简便、易行的纸纤维上组装金属纳米颗粒实现SERS基底，用于物质的痕量检测。

背景技术

拉曼散射是非弹性散射，拉曼散射光相对于入射光的频移与入射光频率无关，而是对应于分子特征的振动和转动信息。因此，拉曼光谱能够揭示出物质的结构，可以对物质进行鉴别和含量鉴定。但由于散射光强度较弱，微痕量物质的识别与检测面临很大的挑战。

SERS具有很高的灵敏度，优势在于其具有的电磁增强和化学增强性能，是一种很好的表面光学传感技术。SERS检测主要基于金属纳米结构等离激元局域场增强效应，而这种增强效应主要依赖于金属纳米结构的尺寸、间隙，即SERS热点的密度和强度。处于“热点”处分子的拉曼散射强度能得到极大增强。金、银、铜等纳米结构的等离激元共振光谱覆盖了整个可见光和近红外波段，被广泛地应用于SERS基底的制备。利用各类方法通过优化金属基底材料的结构可以得到较大的增强因子，例如利用化学合成法制备不同尺寸形貌的金属纳米颗粒。另外基于气象沉积、平板印刷、刻蚀、纳米粒子组装等技术在石英片、硅片等衬底上制得的SERS基底，在痕量物质检测上也体现出了优良的性能。制备在平板基底上的二维金属纳米结构的SERS增强效应相对于三维结构等离激元及SERS增强效应均有限，并且存在平面化、模板化、不均匀、制备过程复杂等问题。

在纸纤维衬底上组装金属纳米颗粒，利用纸纤维提供的空间三维分布特性可以形成三维分布的SERS“热点”。纸纤维的空间三维立体结构不仅可以提供大的表面积用于吸附更多的金属纳米颗粒，而且使得金纳米颗粒及其产生的SERS“热点”更大程度地分布于三维空间，从而提供更多的SERS增强热点。从而显著提高处于空间三维立体结构中待测分子的拉曼信号，实现微痕量物质的识别与灵敏度的检测。

发明内容

本发明提供了一种用于物质痕量检测的SERS基底及制备方法。其优势特点在于制备方法简单且成本低廉，基于常见的纸质纤维和常规化学方法合成的表面包覆有四辛基溴化铵的金纳米颗粒胶体以及低温热处理过程。而其光物理学特性、SERS性能和检测灵敏度可以达到目前高端制备技术的水平。

为了实现上述效果，本发明通过如下步骤实现：

一种基于纸纤维衬底的SERS基底，其特征在于，在纸纤维衬底表面上粘附有表面包覆四辛基溴化铵的金纳米颗粒，形成检测区域，金纳米颗粒的粒径为100-160nm；在检测区域内金纳米颗粒之间具有空隙。

在一个纸纤维衬底表面上有多个检测区域，多个检测区域形成阵列结构；检测区域的大小可以根据需要进行制备。

进一步优选每个检测区域内，金纳米颗粒覆盖纸纤维衬底区域的表面密度为：金纳米颗粒投影面积覆盖或占纸纤维衬底的面积的0-100％不包括0和100％，优选10％-50％。

每个监测区域的外观图像为圆形、长方形等。

所述的纸纤维选自滤纸、打印纸、信封纸等。

上述所述的一种基于纸纤维衬底的SERS基底的制备，其特征在于，包括以下步骤：

(1)包覆有四辛基溴化铵金纳米颗粒的制备：