一种热点可见的表面增强拉曼散射基底、制备方法及利用该基底检测分子的方法

摘要

本发明涉及一种热点可见的表面增强拉曼散射基底、制备方法及利用该基底检测分子的方法。SERS基底由置于拉曼散射衬底上的银纳米线以及修饰在银纳米线表面的金纳米颗粒构成，基底上银纳米线与金纳米颗粒之间形成了等离子共振，产生了强的电磁场从而形成可见的热点。将SERS基底放置在拉曼光学显微镜下，找到银纳米线表面修饰金纳米颗粒的位置即SERS热点，将待测分子慢慢的滴加到该位置，使待测分子有效的落入到SERS热点范围内。制备方法简单的利用毛细作用力和重力作用就可以将金纳米颗粒修饰到银纳米线表面。制备的基底SERS“热点可见”，可以有效的使待测分子落入到“热点”范围内，将直接提高检测结果的灵敏度。

权利要求

1.一种热点可见的表面增强拉曼散射基底，由置于拉曼散射衬底上的银纳米线以及修饰在银纳米线表面的金纳米颗粒构成，基底上银纳米线与金纳米颗粒之间形成了等离子共振，产生了强的电磁场从而形成可见的热点；银纳米线的长度为5～15μm，银纳米线的直径为50～150nm，金纳米颗粒的直径为50～150nm；

制备方法为：首先合成银纳米线和金纳米颗粒两种溶胶并稀释至相同的倍数，取银纳米线溶胶滴至拉曼散射衬底上并干燥，最后取金纳米颗粒溶胶滴至拉曼散射衬底上相同部位，在气液界面的毛细作用力和重力的作用下，金纳米颗粒被修饰到银纳米线表面，即得热点可见的表面增强拉曼散射基底；

制备方法中，银纳米线的制备方法为：向反应容器中加入10mL乙二醇，将其在160℃加热回流2h，再用两个注射泵向其中同时注入溶解在5mL乙二醇溶剂中的0.1M硝酸银溶液、溶解在5mL乙二醇溶剂中的0.222g聚乙烯吡咯烷酮，注入速率为0.2mL/min；最后，在160℃恒温下反应60min，合成得到的银纳米线溶胶按照体积比为1∶9的比例，先后用丙酮、二次水洗涤两次；

制备方法中，金纳米颗粒的制备方法为：

向反应容器中加入90mL的二次水、1mL质量分数为1％的氯金酸溶液，搅拌、加热至沸腾，迅速加入1mL质量分数为1％的柠檬酸钠溶液作为还原剂，得到金纳米金种子；取金纳米金种子10mL，向其中分别加入浓度为25mM的盐酸羟胺0.4mL、质量分数为1％的柠檬酸钠溶液0.4mL以及二次水28.4mL，搅拌5min，最后再加入质量分数为1％的氯金酸0.8mL，室温下搅拌反应1h；合成得到的金纳米颗粒按照体积比为1∶10的比例，用二次水洗涤三次；

制备方法中，SERS基底的制备方法为：

将事先用王水浸泡的硅片分别用自来水、二次水、乙醇洗涤三次后，用氮气吹干；将银纳米线按照1∶100的比例用水稀释，用移液枪移取1μL滴加到硅片上；干燥后，取金纳米溶胶，同样稀释100倍后，用移液枪移取1μL滴加到该硅片上，随着溶剂的挥发，气液界面的毛细作用力和重力的作用下，金纳米颗粒被修饰到银纳米线表面，得到热点可见的表面增强拉曼散射基底。

2.一种利用如权利要求1所述热点可见的表面增强拉曼散射基底检测分子的方法，其特征在于，将表面增强拉曼散射(SERS)基底放置在拉曼光学显微镜下，找到银纳米线表面修饰金纳米颗粒的位置即SERS热点，将待测分子慢慢的滴加到该位置，使待测分子有效的落入到SERS热点范围内，检测信号测定得到该分子的SERS谱图。

说明书

一种热点可见的表面增强拉曼散射基底、制备方法及利用该

基底检测分子的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及表面增强拉曼散射技术以及相关的检测方法，具体是涉及一种热点可见的表面增强拉曼散射基底、制备方法及利用该基底检测分子的方法。

背景技术

[0002] 自1974年Martin Fleischmann及其合作者发现表面增强拉曼散射(SERS)现象，到1977年，Jeanmaire and Van Duyne两位科学家对这一惊人的发现给予理论阐述后，SERS技术发展至今已经有近40年的历史。SERS技术，因为其提供分子丰富的指纹信息，可以区分同分异构体的结构差异，可以区分相同待测分子在SERS基底上的不同取向，实现了高灵敏的检测，故被广泛的研究和应用，是一种先进的分析检测方法。

[0003] SERS技术的发展，强烈的依赖基底的发展，只有贵金属(金或者银等)基底之间的等离子共振产生强电磁场才会使分子的拉曼信号放大。研究表明，测定得到的分子吸收峰的积分强度与电磁场的四次方成正比。故现有的SERS研究中，大部分都在致力于研究调控贵金属纳米粒子的间隙，特别是达到间隙小于10纳米以下，产生最强的等离子共振，形成高效的SERS“热点”。

[0004] 但是SERS是一种表面光谱技术，只有当待测分子落在金属基底的表面或者附近，分子的拉曼信号才会被增强，这是SERS技术应用的一个主要特点。现有的研究中，大部分基底呈现出的特点是：“热点”分布不均匀、检测时盲目找“热点”等技术都使得SERS检测结果的增强因子值分布及其宽泛，相对平均偏差较大，也就不能满足高灵敏度的定性分析以及定量分析要求。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题为提供一种热点可见的表面增强拉曼散射基底以及制备方法，同时克服了现有SERS基底盲目寻找“热点”技术的不足，提供一种单个SRES“热点可见”、使待测分子有效的落入到基底“热点”范围内的SERS检测方法(即利用该基底检测分子的方法)。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的：

[0007] 一种热点可见的表面增强拉曼散射基底，由置于拉曼散射衬底上的银纳米线以及修饰在银纳米线表面的金纳米颗粒构成，基底上银纳米线与金纳米颗粒之间形成了等离子共振，产生了强的电磁场从而形成可见的热点；银纳米线的长度为5～15μm，银纳米线的直径为50～150nm，金纳米颗粒的直径为50～150nm。

[0008] 一种热点可见的表面增强拉曼散射基底的制备方法，首先合成银纳米线和金纳米颗粒两种溶胶并稀释至相同的倍数，取银纳米线溶胶滴至拉曼散射衬底上并干燥，最后取金纳米颗粒溶胶滴至拉曼散射衬底上相同部位，在气液界面的毛细作用力和重力的作用下，金纳米颗粒被修饰到银纳米线表面，即得热点可见的表面增强拉曼散射基底。

[0009] 优选地，银纳米线的制备方法为：向反应容器中加入10mL乙二醇，将其在160℃加热回流2h，再用两个注射泵向其中同时注入溶解在5mL乙二醇溶剂中的0.1M硝酸银溶液、溶解在5mL乙二醇溶剂中的0.222g聚乙烯吡咯烷酮，注入速率为0.2mL/min；最后，在160℃恒温下反应60min，合成得到的银纳米线溶胶按照体积比为1∶9的比例，先后用丙酮、二次水洗涤两次。

[0010] 优选地，金纳米颗粒的制备方法为：向反应容器中加入90mL的二次水、1mL质量分数为1％的氯金酸溶液，搅拌、加热至沸腾，迅速加入1mL质量分数为1％的柠檬酸钠溶液作为还原剂，得到金纳米金种子；取金纳米金种子10mL，向其中分别加入浓度为25mM的盐酸羟胺0.4mL、质量分数为1％的柠檬酸钠溶液0.4mL以及二次水28.4mL，搅拌5min，最后再加入质量分数为1％的氯金酸0.8mL，室温下搅拌反应1h；合成得到的金纳米颗粒按照体积比为1∶10的比例，用二次水洗涤三次。

[0011] 优选地，SERS基底的制备方法为：将事先用王水浸泡的硅片分别用自来水、二次水、乙醇洗涤三次后，用氮气吹干；将银纳米线按照1∶100的比例用水稀释，用移液枪移取1μL滴加到硅片上；干燥后，取金纳米溶胶，同样稀释100倍后，用移液枪移取1μL滴加到该硅片上，随着溶剂的挥发，气液界面的毛细作用力和重力的作用下，金纳米颗粒被修饰到银纳米线表面，得到热点可见的表面增强拉曼散射基底。

[0012] 利用热点可见的表面增强拉曼散射基底检测分子的方法，将表面增强拉曼散射(SERS)基底放置在拉曼光学显微镜下，找到银纳米线表面修饰金纳米颗粒的位置即SERS热点，将待测分子慢慢的滴加到该位置，使待测分子有效的落入到SERS热点范围内，检测信号测定得到该分子的SERS谱图。

[0013] 本发明的热点可见的表面增强拉曼散射基底、制备方法及利用该基底检测分子的方法，其科学原理分析：

[0014] 一、将直径与银纳米线相近的金纳米颗粒通过毛细作用力和重力修饰到银纳米线表面后，两种粒子之间形成等离子共振，便可以产生强的电磁场，即SERS“热点”。

[0015] 二、长度约为10微米的银纳米线，其纵向吸收峰已经位移至红外区域，在通常所用的拉曼激发光作用下，不能形成很好的拉曼共振，故对测定的激发光波长选择没有干扰。

[0016] 三、拉曼检测时，微米级的银纳米线可以通过光学显微镜下直接观测，修饰在其表面的金纳米颗粒，与直接相近的银纳米线形成对比，故其分布在银纳米线的位置能够在光学显微镜下缩小到某一范围，而这一范围比拉曼检测所用的激光形成的光斑范围小，故银纳米线与金纳米颗粒之间形成的“热点”可以被控制在光斑范围内，实现“可见”操作，从而将分子有效的滴加到“热点”范围内。

[0017] 相对于现有技术，本发明的有益效果表现如下：

[0018] 1)、传统技术合成SERS基底中，一般要利用特定分子连接两种贵金属粒子，而这些连接分子很可能在SERS检测时有信号干扰，而本发明的制备方法不需要另外添加连接分子，简单的利用毛细作用力和重力作用就可以将金纳米颗粒修饰到银纳米线表面。

[0019] 2)、现有的SERS基底中，大部分都无法快速、准确找到“热点”，整个基底的均一性差影响了结果的重现性，而本发明制备的基底SERS“热点可见”，可以有效的使待测分子落入到“热点”范围内，将直接提高检测结果的灵敏度。

[0020] 3)、本发明的制备方法以及检测分子的方法简单，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

[0021] 图1为本发明的SERS基底中单个金纳米颗粒修饰到银纳米线表面的示意图以及实际的银纳米线在修饰金纳米颗粒前后的暗场显微镜对照图。

[0022] 图2为本发明制备的SERS基底拉曼光学显微镜图和检测4-ATP分子的SERS谱图和区域SERS mapping图。

[0023] 图3为本发明的SERS基底用于低浓度的半胱氨酸、三磷酸腺苷、甲基苯丙胺以及常见农药对氧磷的SERS检测谱图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

[0025] 实施例1

[0026] 步骤一、银纳米线的制备

[0027] 向100mL三口烧瓶中加入10mL乙二醇，将其在160℃加热回流2h，再用两个注射泵向其中同时注入0.1M硝酸银溶液、0.222g聚乙烯吡咯烷酮(分别溶解在5mL乙二醇溶剂中)，注入速率为0.2mL/min。最后，160℃恒温下反应60min，合成得到的银纳米线溶胶按照体积比为1∶9的比例，先后用丙酮、二次水洗涤两次，得到的银纳米线长度为10μm、直径大约为110nm。

[0028] 步骤二、金纳米颗粒的制备：

[0029] 向500mL三口烧瓶中加入90mL的二次水、1mL质量分数为1％的氯金酸溶液，磁力搅拌，油浴加热至沸腾后，迅速加入1mL质量分数为1％的柠檬酸钠溶液作为还原剂，得到的金纳米颗粒直径大约为50nm，作为进一步生长得到较大尺寸颗粒的金种子备用。

[0030] 取上述得到的直径为50nm的金溶胶10mL，向其中分别加入浓度为25mM的盐酸羟胺0.4mL、质量分数为1％的柠檬酸钠溶液0.4mL以及二次水28.4mL，磁力搅拌5min，最后再加入质量分数为1％的氯金酸0.8mL，室温下搅拌反应1h。合成得到的金纳米颗粒按照体积比为1∶10的比例，用二次水洗涤三次，得到的金纳米颗粒的直径大约为100nm。

[0031] 步骤三、SERS基底的制备：

[0032] 将事先用王水浸泡24h后的硅片分别用自来水、二次水、乙醇洗涤三次后，用氮气吹干。将步骤一合成的银纳米线按照1∶100的比例用水稀释，用移液枪移取1μL滴加到硅片上；1min左右干燥后，取上述步骤二合成的金纳米溶胶，同样用水稀释100倍后，用移液枪移取1μL滴加到该硅片上，随着溶剂的挥发，气液界面的毛细作用力和重力的作用下，金纳米颗粒被修饰到银纳米线表面，得到本发明合成的“可见热点”的SERS基底。

[0033] 从图1A、B可以看出，随着溶剂的蒸发，气液界面的毛细作用力和重力将少数几个金纳米颗粒修饰到银纳米线附近或者表面上。图1C、D为暗场拍摄，对应为银纳米线在修饰金纳米颗粒前后的对比照片，图1D中箭头所指即修饰在银纳米线表面的金纳米颗粒位置。

[0034] 实施例2

[0035] 利用本发明制备的SERS基底来测定4-ATP分子，得到SERS谱图和区域SERS mapping图像：

[0036] 将实施例1合成的SERS基底放置在拉曼光学显微镜下，找到银纳米线表面修饰了金纳米颗粒的位置，也就是产生SERS“热点”位置，用移液枪移取1μL浓度为10-8M的4-ATP溶液，慢慢的滴加到“热点”位置或者附近。1min左右干燥后，选择波长为633nm、激光功率为2mW的激发光，积分时间1秒，检测信号，得到4-ATP分子的SERS谱图。

[0037] 图2A为本发明制备的SERS基底拉曼光学显微镜图，其中方框标注的为拉曼激光的光斑范围：(4×4)平方微米；图2B为本发明制备的基底用于测定分子拉曼信号时的示意图：其中单个的SERS“热点”和待测分子有效的落在光斑范围内；图2C为利用本发明制备的基底测定得到的4-ATP分子的SERS谱图，其中纵坐标的颜色用来显示4-ATP分子的特征峰的积分强度，黑色、绿色、红色、黄色表示逐渐加强。

[0038] 同时，选择波长为633nm、激光功率为2毫瓦的激发光，扫描步进为0.5μm/point，以“可见热点”为中心，扫描面积为4×4μm2，最后以1438cm-1的4-ATP特征峰积分强度值形成SERS mapping图像。图2D为以本发明制备的基底测定得到的4-ATP分子的区域SERS -1mapping图(1438cm 处的4-ATP特征峰)，区域中的颜色同样表示此处特征峰的信号积分强度变化，从黑色到黄色表示逐渐加强，清晰的显示了“热点”范围和变化。

[0039] 实施例3

[0040] 利用本发明制备的SERS基底来测定半胱氨酸、三磷酸腺苷、甲基苯丙胺以及对氧磷：

[0041] 同上述实施例2相同的方法，可以分别得到浓度为10-6M的半胱氨酸、10-6M的三磷酸腺苷、10-7M的甲基苯丙胺以及10-8M的对氧磷的SERS谱图。

[0042] 图3中，A：10-6M的半胱氨酸，B：10-6M的三磷酸腺苷，C：10-7M的甲基苯丙胺，D：10-8M的对氧磷，结果显示无论是人体中常见的半胱氨酸和三磷酸腺苷分子，还是常见冰毒甲基苯丙胺分子以及农药对氧磷分子，利用本发明制备的SERS基底，都能够达到高灵敏度SERS检测效果。

[0043] 上述各实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。