基于参数可调控自组装结构基底的构筑方法及其用于毒品的SERS检测方法与流程

本发明属于sers检测技术领域，具体涉及基于参数可调控自组装结构基底的构筑方法及其用于毒品的sers检测方法。

背景技术：

根据联合国毒品与犯罪问题办公室出版的2016《世界毒品问题报告》：全球毒品使用状况依然严峻，涉及非法药物使用人数超过2.47亿。在世界范围内流行的毒品主要有阿片剂(海洛因和鸦片)、苯丙胺类兴奋剂(甲基苯丙胺和摇头丸等)、大麻等。而现在又出现了一类新的精神活性物质，即以纯粹形式或配制形式出现的滥用物质，这些物质不受国际毒品公约的管制，但却可能对公共健康构成威胁。其中，苯丙胺类兴奋剂的缉获量、生产量和消费量在逐年的增加，是世界范围内排名第二的使用非常广泛的毒品，其中以甲基苯丙胺(即冰毒)最具有代表性。另外，滥用卡西酮类毒品的人员也在快速增加，也给毒品控制问题带来新的挑战。面对如此严峻的形式，加大对制毒、贩毒和吸毒的打击力度，遏制毒品的蔓延已到了刻不容缓的地步，而有效快速的毒品检测方法的开发将会在打击毒品犯罪中起着重要的作用。

1974年，一个偶然的机会，fleischmann等人对银电极表面用电化学方法进行粗糙化处理后，用拉曼光谱仪对其进行表征时获得了吸附在粗糙银电极表面吡啶分子的高质量拉曼谱图，最初这一现象并没有被特别重视。1977年，vanduyne等人对这一现象进行了分析，指出这是一种与粗糙化的表面存在某种必然关系的增强效应，这种效应之后被称为表面增强拉曼散射(surface-enhancedramanscattering，sers)效应或表面增强拉曼光谱(surface-enhancedramanspectroscopy，sers)技术。sers自发现以来因其高灵敏性、无损伤、指纹特征、检测速度快等优势，常被作为一种很有前景的光谱工具。

常见的毒品检测方法一般检测成本高、耗时长、需要专业的人员，sers技术的出现可以弥补上述方法的不足。现在用的比较广泛的检测毒品的方法是通过将制备好的金属溶胶基底滴加在硅片上，再将待测物滴加在基底上，这种传统的方法在实际操作过程中有一个明显的弊端，就是检测时基底的咖啡环效应比较严重，不能很好地做到检测过程的重现性，这对于我们实际运用和商品化有所限制。我们在sers技术对人体体液中毒品的检测方法的基础上，基于参数可调控自组装结构基底用于毒品sers检测的应用研究，在实验室中模拟气候箱工作原理，对选定的sers基底，利用溶剂诱导蒸发机制，同时进行湿度、温度及重力诱导等工艺参数调控，在经过处理的硅片上进行自组装。希望得到一种均匀致密的基底膜，并与我们的便携式拉曼现结合，从而实现sers检测的重现性和实用性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是去除或减少基底在成膜时所形成的咖啡环效应，特技供一种基于参数可调控自组装结构基底的构筑方法及其用于毒品的sers检测方法，在模拟气候箱工作原理，利用溶剂诱导蒸发机制，同时进行湿度、温度及重力诱导等工艺参数调控，在经过处理的硅片上进行自组装，得到一种均匀致密的基底膜，并与我们的便携式拉曼现结合，在保证检测灵敏度的前提下实现sers检测的重现性和实用性。

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。

基于参数可调控自组装结构基底的构筑方法，其包括以下步骤：

(1)将合成好的金纳米棒溶胶进行离心清洗后，并将其浓缩后再重新分散在超纯水中形成体积分数为10-90％的金纳米棒溶液；

(2)取1-10μl金纳米棒溶液滴在清洁且经过半亲水半疏水处理的硅片上；

(3)将硅片倾斜设置在实验室用模拟气候箱中，利用溶剂蒸发机制来诱导金纳米棒溶胶在衬底上进行自组装，得到sers基底。

进一步方案，所述步骤(1)中的金纳米棒溶胶浓缩为原浓度的10倍。

进一步方案，所述步骤(2)中经过半亲水半疏水处理的硅片是指对硅片先经王水浸泡至少2h后洗净，再用新鲜王水浸泡1h后洗净，并用超声清洗仪清洗后，然后用大量的超纯水洗净，最后用氮气吹干。

进一步方案，所述步骤(3)中的硅片倾斜设置是指将滴加有金纳米棒溶液的硅片平面与水平面成0-90度夹角设置。

进一步方案，所述步骤(3)中的实验室用模拟气候箱内设定的温度范围是20℃-40℃、湿度范围是30％-60％；并且模拟气候箱内部与外部环境有细微气体交换。

进一步方案，所述步骤(3)中的溶剂蒸发机制是利用模拟气候箱的作用来诱导金纳米棒溶胶中的超纯水在硅片表面挥发来进行自组装，从而得到sers基底。

本发明的另一个发明目的是提供上述构筑方法所形成的sers基底用于毒品的sers检测方法，其步骤如下：

(1)取吸食毒品的人体体液，加入有机溶剂进行萃取，再对萃取液进行离心，取其有机层溶液；

(2)将有机层溶液滴加到sers基底上，利用便携式拉曼光谱仪进行sers检测。

进一步方案，所述步骤(1)中人体体液为尿液；所述有机溶剂为醇类或酮类中的一种，有机溶剂的加入量为每0.8ml人体体液中加入0.2-0.6ml。

进一步方案，所述步骤(1)中人体体液中毒品包括苯丙胺类、可卡因、吗啡类、可待因、盐酸罂栗碱、巴比妥类、大麻、四氢大麻酚、那可汀、咖啡因、盐酸氯胺酮、杜冷丁、美沙酮、氯氮平、地芬诺酯、咖啡因、丁卡因、安定、去甲羟基安定、舒乐安定、利眠宁、阿普唑仓、三唑仓、劳拉西泮或芬氟拉明。

实验室用模拟气候箱是根据实验室条件自己搭建的简易环境箱，在气候箱中设定温度和湿度，并保证气候箱与外部环境有细微气体交换即可，设定的温度范围是20℃-40℃、湿度范围是30％-60％。

溶剂蒸发机制原理是溶液中的溶剂在硅片表面挥发时，可以诱导纳米粒子自组装形成有序结构。所谓自组装是指基本单元自发形成有序结构，这种结构具有很好的光电效应。本专利就是利用模拟气候箱的作用，利用溶剂蒸发机制来诱导金纳米棒溶胶中的超纯水在衬底表面挥发来进行自组装，从而得到sers基底。

金纳米棒溶胶的合成方法为种子生长法，是现有的，具体可参照dong,ronglu.detectionanddirectreadoutofdrugsinhumanurineusingdynamicsurface-enhancedramanspectroscopyandsupportvectormachines,analchem,87(2015)2937-2944。

其主要有下面两种制备过程：

一是：

(1)25ml三口烧瓶(带磁子)中加入10ml的ctac和溴化钠的混合液，

(2)加入0.1ml的haucl4母液，磁力搅拌(500r/min，保持在25℃-27℃)；

(3)迅速加入60μl的nabh4,搅拌均匀保持在25℃-27℃备用，几分钟后停止搅拌。

二是：

(1)用20ml木塞试管；

(2)加入10ml的ctac和溴化钠混合液保持在25℃水浴中；

(3)先加入0.2ml的haucl4母液；

(4)从小烧瓶中取体积v的agno3加入步骤的试管中，加入的体积为v1＝120μl，轻轻振动混匀，加入hno30.1ml调节ph；

(5)再加入0.06ml抗坏血酸钠到试管中混匀；

(6)最后取12μl种子溶液到生长液中混匀；

(7)在27℃-29℃水浴锅中静止4h.

本发明能够很好地做到人体尿液中毒品sers检测的重现性，其科学原理分析为：

1、利用经典法合成的金纳米棒溶胶，将金纳米棒溶胶进行离心清洗，并重新分散成所需的浓度，将分散后的金纳米棒滴在经半亲水半疏水处理后的硅片上，在实验室中的模拟气候箱中，利用溶剂诱导蒸发机制；金纳米颗棒会在硅片上自组装成单层分布且颗粒之间会形成“间隙”的纳米膜，形成均匀的、高活性sers“热点”。

2、我们通过制备得到单层的、均匀的且致密的金纳米棒纳米膜，从而来做到实际的检测中的重现性。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所构筑的sers基底由于是均匀的、单层排布的且具有“间隙”金纳米棒膜，从而具有较高的灵敏性、重复性和实用性。而且具有较高的稳定性，可以储存约6个月。

(2)本发明构筑基底的方法步骤简单实用，有利于将其运用到实际的生产和实用当中，并进行商品化转变。

(3)本发明检测的是人体体液包括尿液、血液、唾液中的毒品分子，以满足实际检测检材差异的需要，适用范围广。

(4)本发明所得的基底运用于毒品分子的sers检测具有较高的灵敏性、稳定性，并且具有很好的重现性，对各种毒品的检出限均在100ppb之下，符合实际检测标准。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是实施例1滴加体积为1μl的金纳米棒溶液所形成的sers基底在不同比例下金纳米膜的光学扫描电子显微镜(sem)；

图2是实施例1分别滴加了体积为2μl、4μl、6μl、8μl的金纳米棒溶液所形成的sers基底的光学扫描电子显微镜(sem)。

图3是实施例3的sers基底、10ppm摇头丸和摇头丸标准样品的拉曼谱图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

(1)将硅片依次经过王水和新鲜王水浸泡处理后，再用大量的超纯水洗净后，用氮气吹干后备用；

(2)将合成好的金纳米棒用超纯水离心(7500r)清洗两遍之后，重新分散在超纯水中，分散浓度为60wt％的金纳米棒溶液；

(3)将金纳米棒溶液分别滴加到经(1)步骤处理后的五个硅片上，滴加的体积分别为1μl、2μl、4μl、6μl、8μl，滴加完过后将硅片倒置放在实验室用模拟气候箱中，利用溶剂蒸发机制来诱导金纳米棒溶胶在硅片上形成金纳米膜，即为sers基底；

其中：图1为滴加体积为1μl的金纳米棒溶液所形成的sers基底在不同比例下金纳米膜的光学扫描电子显微镜(sem)，从图1中可以看出，本发明构筑的sers基底均匀且致密。

图2为分别滴加了体积为2μl、4μl、6μl、8μl的金纳米棒溶液所形成的sers基底的光学扫描电子显微镜(sem)，从图2中可以看出，在不同的控制参数条件下，所得的基底的成膜效果都很好。

(4)取吸食毒品的人体体液，加入有机溶剂醇类或酮类进行萃取，然后对萃取液进行离心，取其有机层溶液；其中有机溶剂的加入量为每0.8ml人体体液中加入0.2ml。

(5)将有机层溶液滴加到其中一个sers基底上，待样品的溶剂挥发干后，用便携式拉曼进行sers检测，然后将其与标准样品的拉曼谱图进行对照来确定毒品的类别。

实施例2

(1)将硅片依次经过王水和新鲜王水浸泡依次处理后，再用大量的超纯水洗净后，用氮气吹干制得干净的硅片；

(2)将合成好的金纳米棒用超纯水离心(7500r)清洗两遍之后，重新分散在超纯水中，分散成质量浓度分别为20％、40％、60％、80％、100％五组金纳米棒溶液；

(3)将五组金纳米棒溶液分别滴到经(1)步骤处理后的硅片上，滴加体积均为4μl，滴加完过后将硅片倒置放在实验室用模拟气候箱中，蒸发诱导成膜，即为sers基底；

(4)取吸食毒品的人体体液，加入有机溶剂醇类或酮类进行萃取，然后对萃取液进行离心，取其有机层溶液；其中有机溶剂的加入量为每0.8ml人体体液中加入0.6ml。

(5)将有机层溶液滴加到其中一个sers基底上，待样品的溶剂挥发干后，用便携式拉曼进行sers检测，然后将其与标准样品的拉曼谱图进行对照来确定毒品的类别。

实施例3

(1)将硅片依次经过王水和新鲜王水浸泡依次处理后，再用大量的超纯水洗净后，用氮气吹干后备用；

(2)将合成好的金纳米棒用超纯水离心(7500r)清洗两遍之后，重新分散在超纯水中，分散浓度为60wt％的金纳米棒溶液；

(3)将金纳米棒溶液滴到经(1)步骤处理后的硅片上，滴加体积为4μl，滴加完过后将硅片倾斜45度角放在实验室的模拟气候箱中，蒸发诱导成膜，即为sers基底；

(4)取吸食毒品摇头丸的人体尿液，加入有机溶剂醇类或酮类进行萃取，然后对萃取液进行离心，取其有机层溶液；其中有机溶剂的加入量为每0.8ml人体尿液中加入0.3ml。

(5)将有机层溶液滴加到sers基底上，待样品的溶剂挥发干后，用便携式拉曼进行sers检测，然后将其与摇头丸标准样品的拉曼谱图进行对照来确定毒品的类别。

如图3所示，分别为本实施例的sers基底、10ppm摇头丸和摇头丸标准样品的拉曼谱图，从图3中可看出，本发明制得的sers基底具有很好的毒品检测效果，并且具有很好的检测灵敏性。

实施例4

(1)将硅片依次经过王水和新鲜王水浸泡依次处理后，再用大量的超纯水洗净后，用氮气吹干后备用；

(2)将合成好的金纳米棒用超纯水离心(7500r)清洗两遍之后，重新分散在超纯水中，分散浓度为60wt％的金纳米棒溶液；

(3)将金纳米棒溶液滴到经(1)步骤处理后的硅片上，滴加体积为4μl，滴加完过后将硅片倾斜90度放在实验室的模拟气候箱中，蒸发诱导成膜，即为sers基底；

(4)取吸食毒品的人体体液，加入有机溶剂醇类或酮类进行萃取，然后对萃取液进行离心，取其有机层溶液；其中有机溶剂的加入量为每0.8ml人体体液中加入0.5ml。

(5)将有机层溶液滴加到其中一个sers基底上，待样品的溶剂挥发干后，用便携式拉曼进行sers检测，然后将其与标准样品的拉曼谱图进行对照来确定毒品的类别。

以上是本发明较佳实施例而已，并非是对本发明的技术范围作任何限制。故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明所保护的范围内。