一种sers基底的热构重组制备方法
【专利摘要】一种SERS基底的热构重组制备方法，属于超灵敏检测【技术领域】，具体涉及一种利用热构重组技术将普通银纳米粒子组装膜转化成高活性的表面增强拉曼散射基底的方法，在SERS基底制备方面有着巨大的应用潜能，可以应用于被检测分子的超灵敏检测。步骤为(a)将玻璃片清洗并羟基化处理；(b)制备三角形银纳米粒子溶胶；(c)将羟基化后的玻璃片浸泡在聚正电解质中30～60分钟，取出后冲洗干净并吹干，然后再浸泡在银纳米粒子溶胶中6～8个小时；取出后冲洗干净并吹干，得到铺满三角形银纳米粒子的玻璃片；(d)将玻璃片放入管式炉氩气条件下处理30～60分钟，从而得到本发明所述的高活性SERS基底。
【专利说明】一种SERS基底的热构重组制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超灵敏检测【技术领域】，具体涉及一种利用热构重组技术将普通银纳米粒子组装膜转化成高活性的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)基底的方法，在SERS基底制备方面有着巨大的应用潜能，可以应用于被检测分子的超灵敏检测。
【背景技术】
[0002]层层自组装(layer-by-layerself-assembly, LbL SA)是上世纪 90 年代以来快速发展起来的一种简易的、多功能的表面修饰方法。LbL最初利用修饰有表面电荷的基板(玻璃片、硅片、金属片、高分子材料片等)，在带有相反电荷的物质的溶液中，通过交替沉积制备聚电解质自组装多层膜。
[0003]短短的十多来年，在基础研究方面LbL得到了巨大的发展。LbL适用的原料已由最初的经典聚电解质扩展到树枝状聚电解质、聚合物分子、无机带电纳米粒子(如碳纳米管、胶体)等。LbL适用介质由水扩展到有机溶剂以及离子液体。LbL的驱动力由静电力扩展到氢键、配位键、甚至化学键。LbL也在许多方面得到了应用，如传感器、分离膜、超疏水表面坐坐寸寸ο
[0004]SERS光谱检测是一种不需要对待检测样品进行标记的分析手段，具有非破坏性、无需接触等特点。随着激光技术和弱信号探测接收技术的发展，作为一种可以实现分子水平检测的光谱技术，SERS可以在生物检测、疾病诊断、环境监测、化学分析等领域获得广泛的实际应用。SERS通常使用的基底为金、银或铜的纳米粒子，或者这些材料的粗糙表面。SERS检测离不开SERS基底，在SERS的应用领域，制备出灵敏度高、重复性好、成本低廉的SERS基底是至关重要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种灵敏度高、重复性好、工艺简单、成本低廉的SERS活性基底的制备方法，该活性基底具有制备简单、增强效果明显等特点。
[0006]本发明通过热构重组技术将普通纳米粒子组装膜转化成高活性SERS基底，这种高活性的SERS基底在超灵敏检测领域具有很广泛的应用前景。通过热诱导作用使银纳米粒子组装膜重组，重组的纳米粒子膜排列的更加密集，可以提高SERS检测的灵敏度。这种方法克服了传统制备拉曼基底方法中存在的操作步骤复杂、纳米粒子聚集不够均一、检测效率低等局限性，制备的新型SERS基底大大提高了实际应用的可行性。
[0007]本发明利用LbL技术，通过热构重组技术调控银纳米粒子的聚集形式和程度，包括对组装过程的温度、时间、真空度、载气等的控制，从而得到增强效果更佳的SERS基底。通过本发明所述的方法，优化不同的实验条件，可以构筑出具有很强的电磁场增强效果的纳米结构。用制备的SERS基底吸附探针分子，检测灵敏度大大提高，比传统的银纳米粒子组装膜的增强能力提高1000倍以上。
[0008]本发明所述通过热构重组技术将普通纳米粒子组装膜转化成高活性SERS基底的方法，步骤如下:(a)将玻璃片清洗并羟基化处理；(b)制备三角形银纳米粒子溶胶；(c)将羟基化后的玻璃片浸泡在聚正电解质中30?60分钟，取出后冲洗干净并吹干，然后再浸泡在银纳米粒子溶胶中6?8个小时；取出后冲洗干净并吹干，得到铺满三角形银纳米粒子的玻璃片；(d)将玻璃片放入管式炉氩气条件下处理30?60分钟，从而得到本发明所述的高活性SERS基底。
[0009]上述步骤(a)中，玻璃片的清洗，是将玻璃片依次放入水、乙醇、丙酮、氯仿、丙酮、乙醇、水溶液中各超声5?10分钟；羟基化处理是将清洗后的玻璃片浸入体积比为3:7?8的H202(30Wt% )和H2SO4 (98wt% )的混合溶液中煮沸直至气泡消失，冷却后，将玻璃片用去离子水反复冲洗，氮气吹干。
[0010]上述步骤(b)中，向100?I1mL含有柠檬酸三钠和AgNO3的水溶液中加入1.0?1.5mL、8.0mM NaBH4的水溶液，其中柠檬酸三钠的浓度为4.0?8.0mM, AgNO3的浓度为0.1mM,当溶液呈黄色时用70?80W的钠灯光照7?9小时，溶液颜色由绿色变为蓝色，即得到银纳米粒子溶胶；所得到的银纳米粒子为三角形，其边长为45?95nm，厚度为8.5?12nm。
[0011]上述步骤(C)中，将羟基化后的玻璃片浸泡在聚正电解质(浓度为0.5?Iwt %的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯的水溶液，或者浓度为0.5?lwt%聚二甲基二烯丙基氯化铵的水溶液)中30?60分钟后取出；用去离子水反复冲洗3?6次，氮气吹干；然后再将玻璃片浸泡在所步骤(b)制备的银纳米粒子溶胶中6?8个小时，取出后用去离子水反复冲洗3?6次，氮气吹干，得到铺满三角形银纳米粒子的玻璃片。
[0012]上述步骤⑷中，将步骤(C)中所得到的玻璃片放入管式炉中，在100?160°C、400?500毫升/分钟的氩气、0.02?0.025个大气压的条件下处理30?60分钟，则可以得到本发明所述的SERS活性基底。其中，在100?120°C得到的样品具有最好的增强效果。
[0013]本发明通过温度控制银纳米粒子的重组，制备高活性的SERS基底。在SERS基底表面吸附待检测分子4-ATP乙醇溶液，检测灵敏度高于传统的纳米粒子组装膜。该基底在氮气保护下可长期保存。本发明为超灵敏检测领域提供了一种更为灵活的、灵敏度更高的SERS基底。本发明在SERS领域具有巨大的应用潜力，为痕量或单分子检测提供相当大的可倉泛。
【专利附图】
【附图说明】
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[0014]图1: (a)传统的银纳米粒子组装膜SERS基底的扫描电镜图；(b)通过热构重组技术制备的高活性SERS基底的扫描电镜图；由图可见，重组后的银纳米粒子比重组前的银纳米粒子聚集程度更明显。
[0015]图2:热构重组前后的SERS基底吸附探针分子的表面增强拉曼光谱；在重组后所得到的拉曼信号(曲线b)明显比重组前(曲线a)的增强了近1000倍。
[0016]图3:不同加热温度重组后的SERS基底吸附4-ATP的SERS光谱图；(a)100°C，(b) 120 °C, (c) 140。。，(d) 160 °C ο
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
[0018]通过热构重组技术将普通银纳米粒子组装膜转化成高活性SERS基底。
[0019](I)向10mL含有柠檬酸三钠和AgNO3的水溶液中加入1.0mL,8.0mM NaBH4的水溶液，其中柠檬酸三钠的浓度为8.0mM, AgNO3的浓度为0.1mM,当银溶胶呈黄色时用70W的钠灯光照7个小时，可观察到银溶胶的颜色由绿色变为蓝色，即得到我们所需的银纳米粒子溶胶。所制得的银纳米粒子到边长为70.0±25.0nm，厚度为10.2±1.5nm。
[0020](2)玻璃片表面进行羟基化是将玻璃片浸入由体积比3:7的H202(30wt% )和H2SO4(98.0wt% )的混合溶液中煮沸直至气泡消失，冷却后，将玻璃片用去离子水冲洗，氮气吹干；然后将玻璃片浸泡在聚正电解质O3DDA,邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯一聚正电解质，0.5wt% )中30分钟，取出后用去离子水反复冲洗3次，氮气吹干，再将玻璃片浸泡在所制备的银纳米粒子溶胶中6个小时，取出后用去离子水反复冲洗3次，氮气吹干。
[0021](3)将⑵中所得到的玻璃片放入管式炉中，在100°C、400毫升/分钟的氩气、
0.02个大气压的条件下处理30分钟，则可以得到本发明所述的表面增强拉曼的活性基底，其扫描电镜图如图1b所示。
[0022](4)将所得到的基底浸泡在10微升4-ATP乙醇溶液(10_5mol/L)中，设立对照组，将重构前的基底浸泡在10微升4-ATP乙醇溶液(10_3mol/L，)中，取出后自然干燥，测得表面增强拉曼谱图。如图2所示；曲线a是重组前的SERS谱图，曲线b是重组后的SERS谱图，对比重组前后的SERS光谱图，尽管重组后的基底所吸附的溶液浓度比重组前基底所吸附溶液浓度低，但从谱图中我们可以看出重组后的强度明显高于重组前的1000倍以上。
[0023]实施例2:
[0024]利用不同温度控制三角形银纳米粒子自组装作为超灵敏表面增强拉曼光谱基底。
[0025](I)向10mL含有柠檬酸三钠和AgNO3的水溶液中加入1.0mL,8.0mM NaBH4的水溶液，其中柠檬酸三钠的浓度为8.0mM, AgNO3的浓度为0.1mM,当银溶胶呈黄色用70w的钠灯光照7小时，可观察到银溶胶颜色有绿色变为蓝色，即我们所需的银溶胶。所得到的银纳米粒子的边长70.0 ±25.0nm、厚度10.2±1.5nm。
[0026](2)玻璃片表面进行醛基化是将玻璃片浸入由体积比3:7的H202(30wt% )和H2SO4(98.0wt% )的混合溶液中煮沸至气泡消失，冷却后，将玻璃片用去离子水反复冲洗，氮气吹干；然后将玻璃片浸泡在聚正电解质(H)DA，0.5wt% )中30分钟后取出用去离子水反复冲洗3次，氮气吹干，再将玻璃片所制备的银溶胶中6小时，取出后用去离子水反复冲洗3次，氮气吹干。
[0027](3)将⑵中得到的玻璃片放入管式炉中，在100?160°C、400标准毫升/分钟的氩气、0.02个大气压的条件下30分钟，使得纳米粒子聚集程度不同，如图3所示，加热不同温度的自组装重组后的银纳米粒子的SERS光谱图。图3中的a，b，c，d分别是基底加热到100°〇、1201:、1401:、1601:后吸附44了？的SERS光谱图，从光谱中可以看出在加热100?120°C时增强效果最好。
【权利要求】
1.一种SERS基底的热构重组制备方法，其步骤如下: (a)将玻璃片清洗并羟基化处理；(b)制备三角形银纳米粒子溶胶；(c)将羟基化后的玻璃片浸泡在聚正电解质中30?60分钟，取出后冲洗干净并吹干，然后再浸泡在银纳米粒子溶胶中6?8个小时；取出后冲洗干净并吹干，得到铺满三角形银纳米粒子的玻璃片；(d)将玻璃片放入管式炉氩气条件下处理30?60分钟，从而得到高活性SERS基底。
2.如权利要求1所述的一种SERS基底的热构重组制备方法，其特征在于:上述步骤(a)中，玻璃片的清洗，是将玻璃片依次放入水、乙醇、丙酮、氯仿、丙酮、乙醇、水溶液中各超声5?10分钟；羟基化处理是将清洗后的玻璃片浸入体积比为3:7?8的质量分数30wt%的H2O2和质量分数98wt%的H2SO4的混合溶液中煮沸直至气泡消失，冷却后，将玻璃片用去离子水反复冲洗，氮气吹干。
3.如权利要求1所述的一种SERS基底的热构重组制备方法，其特征在于:上述步骤(b)中，是向100?IlOmL含有柠檬酸三钠和AgNO3的水溶液中加入1.0?1.5mL、8.0mMNaBH4的水溶液，其中柠檬酸三钠的浓度为4.0?8.0mM, AgNO3的浓度为0.1mM,当溶液呈黄色时用70?80W的钠灯光照7?9小时，溶液颜色由绿色变为蓝色，即得到银纳米粒子溶胶；所得到的银纳米粒子为三角形，其边长为45?95nm，厚度为8.5?12nm。
4.如权利要求1所述的一种SERS基底的热构重组制备方法，其特征在于:上述步骤(c)中，将羟基化后的玻璃片浸泡在聚正电解质中30?60分钟后取出；用去离子水反复冲洗3?6次，氮气吹干；然后再将玻璃片浸泡在步骤(b)制备的银纳米粒子溶胶中6?8个小时后取出，用去离子水反复冲洗3?6次，氮气吹干，得到铺满三角形银纳米粒子的玻璃片。
5.如权利要求5所述的一种SERS基底的热构重组制备方法，其特征在于:聚正解质是浓度为0.5?1?丨％的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯的水溶液，或者浓度为0.5?lwt%的聚二甲基二烯丙基氯化铵的水溶液。
6.如权利要求1所述的一种SERS基底的热构重组制备方法，其特征在于:上述步骤(d)中，是将步骤(c)中所得到的玻璃片放入管式炉中，在100?160°C、400?500毫升/分钟的氩气、0.02?0.025个大气压的条件下处理30?60分钟。
7.如权利要求6所述的一种SERS基底的热构重组制备方法，其特征在于:处理温度为100 ?120。。。
【文档编号】G01N21/65GK104359893SQ201410673952
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】阮伟东, 栾昕彤, 周铁莉, 王旭, 赵冰, 崔银秋, 王金枝, 张勇, 刘辉军 申请人:吉林大学