[发明专利]一种玻璃微球基底SERS传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种玻璃微球基底SERS传感器及其制备方法和应用，先制备得到具有大尺寸凹坑和孔洞的多孔玻璃微球，在其中的凹坑和孔洞中团聚具有SERS活性的金属纳米粒子，通过将拉曼光斑聚焦在玻璃微球表面团聚的SERS增强粒子的凹坑和孔洞上，可以实现提高单位面积上的电磁场强度，从而产生更多热点，提高检测的灵敏度。

技术领域

本发明属于激光拉曼检测技术领域，具体设计一种基于表面增强拉曼散射活性的玻璃微球基底传感器及其制备方法和应用。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)是一种具有极高灵敏度的微分析技术，由于SERS技术极大的提高了拉曼光谱检测灵敏度和检测范围，且它是一种无需处理样品的快速检测手段，因此在单分子检测、食品安全检测、生物化学分析、医药检测和艺术品鉴定等研究领域具有广泛的应用。贵金属金、银、铜和碱金属纳米粒子具有较强的SERS效应，其中又以银的增强能力最强，金和铜次之。要获得稳定均一的SERS信号，制出好的基底是前提，因此制备出均匀、稳定的SERS活性基底成为当前研究的重点。

在中等尺度范围内的粒子中引入大量的纳米间隙、尖锐的突起或缝隙，可以增强局部电磁场，从而产生多个热点，使得SERS信号的均匀性和再现性得到了改善。多层化阵列的基底结构可以形成密集的、增强热点丰富的金属纳米结构，从而最大限度地满足对理想SERS基底的要求。将纳米间隙或纳米尖端结合，二者形成复杂结构，能够增加单个纳米颗粒的热点密度。玻璃是一种良好的基底材料，但多孔玻璃微球的制备工艺复杂，目前市面上可购买的多孔玻璃微球微孔大小一般在20-200nm，而SERS增强粒子大小在30-100nm，很难实现纳米粒子的大量聚集。

发明内容

本发明的目的在于探索实现纳米粒子团聚更大尺寸范围的方法，提供一种可以提高单位面积上局部电磁场强度，提高检测的灵敏度的玻璃微球基底SERS传感器及其制备方法和应用。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种具有SERS活性的玻璃微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用射频等离子体飞行熔化法制备得到直径为20～100μm的玻璃微球，所得玻璃微球用氢氟酸处理，得到腐蚀后的玻璃微球；

(2)将腐蚀后的玻璃微球进行表面硅烷化，得到硅烷化的玻璃微球；

(3)在所得硅烷化的玻璃微球表面附着SERS活性粒子，得到具有SERS活性的玻璃微球。

优选地，所述玻璃微球为纯的二氧化硅微球或多组分玻璃微球，所述的多组分玻璃微球成分包括SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、CaO、MgO、ZrO₂。

优选地，步骤(1)所述氢氟酸腐蚀处理的过程为：将玻璃微球浸入氢氟酸水溶液中，搅拌处理1～5h，其中氢氟酸水溶液中氢氟酸的质量浓度为0.5％～5％，玻璃微球与氢氟酸水溶液的用量比为(3～10)g：100ml。使玻璃微球表面被腐蚀形成凹坑和孔道。