本發(fā)明專利技術(shù)屬于超靈敏測試分析技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種可大規(guī)模生產(chǎn)、應(yīng)用廣泛、高效、綠色環(huán)保的基于天然超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底及其制備方法。其是通過物理氣相沉積（PVD）、自組裝或化學鍍覆膜技術(shù)在天然生物超疏水表面覆蓋貴金屬層形成粗糙疏水的表面增強拉曼檢測熱點區(qū)后得到。天然超疏水結(jié)構(gòu)表面為植物花瓣、植物葉片或昆蟲翅膀。貴金屬為金或銀，貴金屬層的厚度為5納米～50納米。這種疏水性的SERS檢測基底具有高的靈敏度，檢測限可以達到10-9。本發(fā)明專利技術(shù)取材天然疏水生物表面，靈敏度高，性能穩(wěn)定，成本低，對環(huán)境無污染。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
—種基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底及 其制備方法
本專利技術(shù)屬于超靈敏測試分析
，具體地說是涉及一種可大規(guī)模生產(chǎn)、應(yīng)用 廣泛、高效、綠色環(huán)保的基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底及其制備方法。
技術(shù)介紹
表面增強拉曼散射技術(shù)(SERS)是拉曼光譜分析中的重要技術(shù)。作為一種重要的 痕量分析檢測手段，表面增強拉曼散射(SERS)光譜可以提供直接的分子振動光譜的指紋信 息，自1974年問世以來被廣泛研究和應(yīng)用。SERS檢測極限可以達到飛摩(10_15)量級，使 單分子檢測成為可能并且SERS檢測技術(shù)可以在極其復雜的體系中僅僅增強目標分子或基 團，避開雜質(zhì)干擾實現(xiàn)特定分子檢測。另外，SERS光譜檢測的樣品囊括固態(tài)、液態(tài)和汽態(tài)甚 至是生物活體。例如，可以用于牛奶中三聚氰胺的檢測，蛋白質(zhì)膜污染的檢測，水果表面農(nóng) 藥殘留痕量檢測等。貴金屬結(jié)構(gòu)對于SERS檢測至關(guān)重要，入射光作用下金屬表面自由電子周期振蕩 形成等離子體波使局域電場增強，而金屬表面的檢測分子的拉曼信號強度和局域電場強度 的4次方成正比(I&E4)，物理增強機制是整體增強的主體，遠大于化學增強的貢獻。所以制 備合適的金屬結(jié)構(gòu)對于SERS檢測至關(guān)重要，傳統(tǒng)的制備金屬結(jié)構(gòu)的方法包括化學合成、電 化學、自組裝、物理氣相沉積和多種刻蝕技術(shù)來制備粗糙的金屬表面。另外通過設(shè)計金屬結(jié) 構(gòu)，可以形成疏水結(jié)構(gòu)，在SERS檢測極低濃度樣品時，不僅通過金屬表面的增強的局域電 場實現(xiàn)待測分子的拉曼信號的物理增強，還可以借助疏水特性幫助實現(xiàn)樣品濃縮，實現(xiàn)更 低濃度樣品檢測。例如F. Gentile等人(Microelectron· Eng. , 2010, 87,798.)通過刻蝕技 術(shù)制備微柱陣列結(jié)構(gòu)，在柱的頂端修飾生長粗糙次級結(jié)構(gòu)，覆上金屬，實現(xiàn)制備疏水特性金 屬微結(jié)構(gòu)SERS檢測基底可以把樣品濃縮在微柱上最終可以檢測濃度為10_18摩爾每升的樣 品分子。但是人工制備的疏水結(jié)構(gòu)費用昂貴，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，制備過程往往會產(chǎn)生污染 環(huán)境的廢液。自然界中的生物表面很神奇，具有微米尺度和納米尺度的多層級結(jié)構(gòu)，具有天然 的疏水特性表面。例如我們熟知的出淤泥而不染的荷葉表面是有一些微球構(gòu)成的粗糙表 面具有極好的疏水特性，還有玫瑰花等也是具有疏水結(jié)構(gòu)所以在清早會看到花瓣表面的晨 露，水黽腿也是一種疏水結(jié)構(gòu)從而幫助其在水面行走。蜻蜓的翅膀表面也具有疏水特性使 其可以在雨中正常飛行。潤濕性是固體表面一種重要的性質(zhì)，在動植物的生命活動、人類的 日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用，超疏水表面因其在防雪、防水、抗氧化、防污 染、減小摩擦和自清潔功能等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，成為當前研究的熱點之一。但尚沒有 利用疏水生物表面制備SERS檢測基底的相關(guān)研究和報道，利用自然界的天然疏水生物表 面制備SERS增強基底具有巨大的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于制備一種可大規(guī)模生產(chǎn)、成本低、效率高、綠色環(huán)保的具有樣品濃縮性能的基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底。本專利技術(shù)研究選取自然界中生物疏水表面的天然微納結(jié)構(gòu)并以生物疏水表面為框架結(jié)構(gòu)通過物理氣相沉積(PVD)、自組裝或者化學鍍技術(shù)覆蓋一定厚度的貴金屬層形成粗糙疏水的表面增強拉曼檢測熱點(hot spots)區(qū)完成SERS檢測基底的制備。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)自然界生物疏水表面具有多極的微納結(jié)構(gòu)，包括準微米周期尺度結(jié)構(gòu)和納米周期尺度結(jié)構(gòu)。 選取生物疏水表面后在其表面覆蓋金屬層后制備SERS檢測基底后檢測極限可以達到10_9 摩爾每升。該專利技術(shù)取材天然生物疏水表面，取材容易，成本低，無污染，易于大量制備生產(chǎn)。本專利技術(shù)包括(I)研究生物超疏水表面的天然多級微納結(jié)構(gòu)和疏水特性；(2)通過物理氣相沉積或者化學鍍工藝以疏水表面為框架模板制備具有疏水特性的貴金屬微納結(jié)構(gòu)，完成SERS試紙的制備；(3)研究基于生物超疏水表面的貴金屬微納結(jié)構(gòu)表面的疏水特性和SERS增強機制； (4)測試基于天然生物超疏水表面的疏水性SERS檢測基底的性能。本專利技術(shù)所述方法其更為具體的方法如下(I)研究天然生物超疏水表面的天然多級微納結(jié)構(gòu)和疏水特性本專利技術(shù)所述的基底可以在檢測有拉曼信號的生物或化學探針分子方面的應(yīng)用。探針分子包括羅丹明6G (R6G)、對氨基苯硫酚(ρ-ΑΤΡ)、核黃素、抗原抗體等。所述的天然生物疏水表面包含具有超疏水特性的植物花瓣，如玫瑰花瓣；植物葉片，如荷葉，水稻葉；昆蟲翅膀，如蟬翼，蜻蜓翅膀等。所述的疏水是指疏水表面與探針分子水溶液接觸時，液滴不易在固體表面上鋪展開呈現(xiàn)出來的特殊潤濕性能。由于固體表面的超疏水特性，液體在表面形成球狀液滴，不會鋪開，隨著液體的揮發(fā)，球狀液滴的體積逐漸減小，最后液體揮發(fā)干后，濃縮在基底表面極小的區(qū)域內(nèi)。所述的疏水表面是指，液體水滴與固體表面接觸時，接觸角大于90度的稱為疏水表面，接觸角小于90度的為親水表面,接觸角大于150度的稱為超疏水表面。所述的疏水角(contact angle,CA)是指表征潤濕性的重要指標,是指將一滴水滴到一水平光滑的固體表面時，若液滴不完全潤濕固體表面，在固體表面上的固液氣三相交界點處，氣液界面和固液界面兩條切線把液相夾在其時所形成的角Θ，如圖1所示，它可以預(yù)測如下幾種潤濕情況I)當θ=0，完全潤濕;2)當Θ < 90°，部分潤濕或潤濕；`3)當θ=90°，是潤濕與否的分界線；4)當 Θ >90°，不潤濕；5)當θ=180。，完全不潤濕。所述的天然多級微納結(jié)構(gòu)，主要包括幾微米到幾十微米的具有一定間距和周期的微米結(jié)構(gòu)，諸如荷葉表面的5 9微米的乳突間距為30到50微米，玫瑰花瓣表面的8微米錐狀突起結(jié)構(gòu)間距為20到40微米；還有幾十到幾百納米的納米結(jié)構(gòu)，如玫瑰花瓣的微米尺度錐狀突起結(jié)構(gòu)表面的周期近似為800納米的光柵狀條紋，蟬翼表面的單柱80納米，間距 為180納米的周期狀陣列結(jié)構(gòu)等。所述的疏水特性是指通過測量固體表面的靜態(tài)接觸角和滾動角來表征生物表面 的潤濕特性。靜態(tài)接觸角即上述的接觸角，接觸角越大，疏水性越強。滾動角與接觸角相 類似，是表征一個特定表面潤濕性的重要方法。也是常用的一種測量材料表面潤濕性的方 法。滾動角是指液滴在傾斜表面上剛好發(fā)生滾動時，傾斜表面與水平面所形成的臨界角度， 如圖2所示。在化學里滾動角定義為前進接觸角(簡稱前進角)與后退接觸角(簡稱后退角) 之差，滾動角的大小也代表了一個固體表面的滯后現(xiàn)象(hysteresis)。所述的前進角是指液固界面取代氣固界面后形成的接觸角也叫前進角；所述的后 退接觸角氣固界面取代液固界面后形成的接觸角也叫做后退角。(2)通過物理氣相沉積，化學鍍工藝或自組裝技術(shù)以超疏水表面為框架模板制備 具有疏水特性的貴金屬微納結(jié)構(gòu)，完成SERS檢測基底的制備；所述的物理氣相沉積是指在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液 體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在 基片表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。物理氣相沉積的主要方法有，真空蒸鍍、濺 射鍍膜、電弧等離子體鍍膜、離子鍍膜，及分子束外延等。所述的化學鍍工藝是指一種不需要通電，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，利用強還原劑 在含本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底，其特征在于：是通過物理氣相沉積、自組裝或者化學鍍技術(shù)在天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面覆蓋貴金屬層形成粗糙疏水的表面增強拉曼檢測熱點區(qū)后得到。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底，其特征在于是通過物理氣相沉積、自組裝或者化學鍍技術(shù)在天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面覆蓋貴金屬層形成粗糙疏水的表面增強拉曼檢測熱點區(qū)后得到。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底，其特征在于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面為植物花瓣、植物葉片或昆蟲翅膀。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底，其特征在于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面為玫瑰花瓣、荷葉、水稻葉、蟬翼或蜻蜓翅膀。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然生物超疏水結(jié)構(gòu)表面的增強拉曼檢測基底，其特征在于物理氣相沉積為真空蒸鍍、...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐彬彬，孫洪波，陳岐岱，張然，夏虹，劉學青，王磊，
申請(專利權(quán))人：吉林大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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