[发明专利]一种基于光泳技术实现金属纳米粒子聚集并进行SERS探测的方法

说明书

本发明公开了一种基于光泳技术实现金属纳米粒子聚集并进行SERS探测的方法。该发明是基于光操控‑显微拉曼探测系统实现的，可以同时实现光泳力对金属纳米粒子的捕获，SERS探测以及显微拉曼成像，金属纳米粒子在辅助衬底的表面形成金属纳米粒子聚集体，得到高灵敏度的SERS基底。本发明光泳现象的产生源于受高斯光束照射的金属纳米粒子表面热分布的不均匀而产生靠近激光光斑中心的逆向光泳；对粒子施加光泳力的光束以及SERS探测光束是同一束光，解决了捕获金属纳米粒子个数有限、实验装置复杂且用时长的缺点，该技术相比于传统的金属纳米溶胶基底，可以大幅度的提高待测分子的SERS信号。

技术领域

本发明涉及一种利用光泳技术操控金属纳米粒子的方法，尤其涉及到一种基于光泳技术实现金属纳米粒子聚集并进行SERS探测的方法，可以实现金属纳米粒子在辅助衬底上的聚集，可大幅度的提高待测分子的检测灵敏度，具有广泛的应用前景。

背景技术

表面增强拉曼光谱（Surface enhanced Raman spectroscopy，SERS）是一种以光子为探针的无损检测技术，直接与分子结构的振动光谱相联系，对物质可进行指纹性认证，物质结构的任何微小变化都会非常敏感的反应在拉曼光谱中，由于分子所吸附的基底表面形态是SERS效应能否发生和SERS信号强弱的重要影响因素，分子的承载体至关重要。SERS活性基底的研究一直是该领域的研究热点之一。金属纳米粒子拥有与体相金属完全不同的光学性质，可使得特定波长入射光的散射吸收增强，光场能量局域到金属纳米粒子的表面，其周围电场强度增强，从而可显著提高其周围探测分子的光谱信号强度，因其特殊的光学性质，在SERS领域有广泛的应用。研究表明数个金粒子聚集在一起构成数百纳米的聚合体，在适当频率的激发光（通常在近红外）作用下，即使在排除共振拉曼的影响后SERS增强因子也可高达 14 个数量级，纳米粒子之间相互聚集融合，产生大量粒子连接点，这些产生表面等离增强效应较大的位点区域叫做“热点”，这些“热点”处的金纳米粒子的等离子体耦合将产生很强的局部电磁场，可大幅提高“热点”区域分子的SERS信号强度。因此，金属纳米粒子聚集体可导致粗糙表面产生电磁增强的“热点”从而导致更强的电磁增强效应，使探针分子产生更强的拉曼信号。

目前，金属纳米粒子聚集体的制备大多数依赖于在溶液当中加入聚集剂，例如无机盐离子、无机酸或者有机胺，促使纳米颗粒团聚，粒子间距减小，产生有效的耦合，从而获得明显的 SERS 增强，但是金属纳米溶胶的过度团聚会引起纳米颗粒的沉降，团聚体的难以控制导致 SERS 效应重现性差。

研究表明利用光与物质的相互作用可以实现对金属纳米粒子的操控，其中梯度力、散射力已被证实可以被用来操纵金属纳米粒子，但是光的梯度力和散射力大小一般只有几个飞牛到皮牛，而作用范围只有几微米，因而很难在较大范围内对大量的物体进行捕获和操控，工作效率较低，捕获的粒子数有限且用时长，而且，往往需用两束激光分别实现操控和激发，实验装置较为复杂。光泳力也是一种操控微小物体的工具，光泳现象的产生是源于受光束照射的微小物体表面热分布的不均匀。当物体的向光面能量分布更为集中时,与向光面接触的液体温度也更高, 水分子撞击物体的频率高于物体背光面的撞击频率,从而引起物体由液体的高温部分（接近光源）向低温部分（远离光源）的方向运动，即正向光泳，反之，若物体的背光面能量分布更为集中，则物体会发生逆向光泳运动。目前，还未有利用光泳力捕获金属纳米粒子并进行SERS光谱探测的研究工作。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一套可以利用光泳力实现对金属纳米粒子捕获的显微拉曼装置以及利用该装置实现对待测分子SERS探测的方法，解决了现阶段捕获金属纳米粒子个数有限、实验装置复杂且用时长的缺点。可以同时实现成像、光泳力捕获、SERS信号探测的功能。且该技术相比较于传统的金属纳米溶胶基底，可以大幅度的提高待测分子的SERS信号。