[发明专利]一种具有毛细效应的SnS2

说明书

本发明涉及一种具有毛细效应的SnS₂微米球SERS衬底及其制备方法和应用。所述SnS₂微米球SERS衬底由SnS₂纳米片卷曲而成，平均颗粒尺寸为1μm～10μm。

技术领域

本发明涉及一种SnS₂微米球SERS衬底及其制备方法，具体涉及一种用水热法制备的由纳米片卷曲而成的平均尺寸约为2-10微米(例如5μm)的SnS₂微米球表面增强拉曼散射(SERS)衬底及其制备方法，属于激光拉曼光谱和检测技术领域。

背景技术

表面增强拉曼散射(Surface Enhancement Raman Scattering,SERS)传感器可以高 效、快速地痕量检测物质并给出精细的结构振动信息。因此，SERS传感器在生物传感领域 可用于探测细菌、病毒、葡萄糖、DNA等生物大分子。而一直以来，病毒感染严重威胁着人类健康，迫使我们意识到对病毒等生物大分子的检测是十分必要的。目前，大量SERS技术的应用研究发现被广泛应用于检测生物分子的SERS衬底大多为贵金属，然而，不良的生物相容性和使蛋白质变性的能力是限制贵金属底物在病毒检测中的实际应用的两个罪魁祸 首。与贵金属衬底相比，半导体材料在生物相容性、高光谱稳定性、强抗干扰能力和靶向分 子选择性SERS增强等方面表现出许多迷人的优势，使得半导体基SERS衬底在生物分子的 识别和传感中有广阔的应用前景。并且由于大部分蛋白分子或病毒颗粒分子量很大，电荷转 移起主要作用的半导体衬底难以显著地SERS增强整个生物大分子的化学键振动。因此，我 们迫切需要在半导体基衬底中实现超高的可媲美于贵金属衬底的SERS灵敏度。

对于半导体基SERS衬底而言，其对探针分子的SERS增强主要来源于两者之间的电荷转移增大了分子的极化率，从而增强分子的化学键振动。常见的手段是通过元素掺杂、非晶化处理衬底材料、构造异质结衬底来增加载流子浓度(激发态电子)或者加入中间能级，从而促进电荷转移。此外，还可以通过元素掺杂、相变、退火、晶面调控等处理手段来调控衬底材料的HOMO和LUMO能级，使之与探针分子的能级能实现最好的能级匹配，从而实现多组分(电荷转移、分子共振和激子共振)的耦合共振效应。目前，大量的研究人员已经将大部分纯半导体基衬底的SERS检测限优化到10^-9M附近，但是突破10^-10M成了一个新的SERS检测瓶颈。近年来，金属硫化物以其低的带隙，特殊的晶体结构和优异的电化学反应活性而受到许多学者的关注。SnS₂作为一种典型的二维(2D)层状半导体材料，因其独特的光电特性、无毒，低价和在酸性和碱性条件下的高稳定性而在SERS检测领域有巨大的应用潜力。由于SnS₂纳米片表面存在的S空位，它是一种间接带隙的n型半导体，其平均载流子扩散长度为0.19μm，有利于电荷转移。SnS₂纳米片之间仅通过弱范德华相互作用连接，其纳米片厚度下降到单层，其带隙在1到3eV之间变化，有利于调控衬底材料的 HOMO和LUMO能级。并且SnS₂不仅可以与大多其它半导体复合形成异质结结构来活化材料的激发态电子，还可以被大多金属元素(Mo\V\In/Co/Fe/Er/Ho/Co/Zn/Ni/Sb/Cu)掺杂来调控材料带隙。因此SnS₂纳米片会与探针分子发生大量的电荷转移，实现电荷转移共振、分子共振和激子共振的多组分耦合共振增强，这表明SnS₂纳米片有望发展成为SERS具有超高灵敏度的活性材料。但是单纯SnS₂纳米片表平滑面无褶皱，不利于低浓度下探针分子在衬底表面发生汇聚现象，导致其作为SERS衬底灵敏度不高。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种具有特殊新形貌和超高SERS灵敏度的SnS₂材料及其制备方法，以作为超敏SERS衬底在生物传感领域直接检测病毒等生物大分子。

一方面，本发明提供了一种SnS₂微米球SERS衬底，所述SnS₂微米球SERS衬底由SnS₂纳米片卷曲而成，平均颗粒尺寸在1μm～10μm。