本发明属于测量、测试或检测技术领域，尤其是一种疏水表面固相单层均匀SERS基底的制备方法。
背景技术：
表面增强拉曼散射(SERS)具有很高的检测灵敏度，在生物医学、环境监测、食品安全及其他工业、农业和科学研究方面具有广阔的应用前景。但是该技术存在一个严重的不足就是SERS基底制作的均匀性差，特别是在疏水表面难以形成较大面积均匀的SERS基底，导致实验的重复性差，可靠性不高，难以进行定量检测。
因此，需要对其进行进一步的研究和改进。
技术实现要素：
发明目的：提供一种疏水表面固相单层均匀SERS基底的制备方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种疏水表面固相单层均匀SERS基底的制备方法，包括如下处理步骤：
步骤1、制备均匀金属纳米颗粒
步骤11、在预定的成核的酸碱度下制备形貌均一的金属纳米颗粒种子溶液，在该步骤中，通过控制pH值的精度提高金属纳米颗粒尺寸的均匀性；
步骤12、将金属纳米颗粒种子溶液转移到生长环境，调节pH值，使其一致生长至设计尺寸，在该步骤中，通过调节pH值的大小调节金属纳米颗粒的尺寸；
步骤13、低速离心若干次，选取沉降在离心管底部的球形颗粒，以进一步提高金属纳米颗粒均匀性；
步骤2、在疏水材料表面均匀沉积单层金属纳米颗粒
步骤21、根据获得的金属纳米颗粒尺寸，计算沉积单层SERS基底所需金属纳米颗粒的量；
步骤22、将合适大小的硅烷化处理后的疏水材料置于容器底部，加入计算好的金属纳米颗粒胶体，迅速烘干溶剂，完成固相单层均匀SERS基底制备。合适大小是指材料与容器适配，能够卡在容器的底部。
在进一步的实施例中：在所述步骤11中，预定的成核酸碱度是指pH＝11±0.5，可使金属纳米颗粒生长至65±15纳米；优选为pH＝11±0.2，可使金属纳米颗粒生长至65±5纳米；进一步优选为pH＝11，可使金属纳米颗粒生长至65±0.5纳米。随着成核pH值的精确控制，可使所制备的金属纳米颗粒的尺寸不均匀性显著下降。
在步骤12中，调节pH值至3.5，金属纳米颗粒生长至75±0.5纳米；调节pH值至4.5，金属纳米颗粒生长至65±0.5纳米；调节pH值至5.5，金属纳米颗粒生长至55±0.5纳米。通过调节生长阶段的pH值，可使制备的金属纳米颗粒生长至设计尺寸。
在步骤13中，离心4～8次，转速为2200～2700转/分钟，离心时间为35～45分钟，优选为离心6次，转速为2500转/分钟，时间为40分钟。
在进一步的实施例中，所述金属纳米颗粒包括金纳米颗粒和银纳米颗粒。
一种疏水表面固相单层均匀SERS基底的制备方法，包括如下处理步骤：
步骤1：制备均匀的金属纳米颗粒胶体：
步骤11、取0.5418g柠檬酸钠溶于4ml的水中，调节pH值为11，将其置于沸水之中预热，并放在超声机里超声处理；取0.051g的硝酸银溶于1ml的水中，将其置于沸水中预热；将制得的硝酸银水溶液注入pH值为11的柠檬酸钠溶液中，待溶液呈乳白色后，获得种子溶液；
步骤12、取295ml的水置于三口圆底烧瓶中，调节其pH值为4.5，油浴加热煮沸，冷凝回流；将步骤11中得到的种子溶液快速注入pH值为4.5的水溶液中，继续保持加热搅拌1.5h后，搅拌中自然冷却，完成银纳米颗粒制备；
步骤13、将制得的银纳米颗粒进行离心，离心速度2500转/分钟，提取沉降在离心管底部的银纳米颗粒，经6次离心后，获得均匀的、球形银纳米颗粒；
步骤2：在疏水材料表面制备均匀单层金属纳米颗粒薄膜，具体步骤如下：
步骤21、等离子清洗PDMS基片40s后，迅速将其置于5％(V/V)APTMS的乙醇溶液中，温度为65℃保持6h，将PDMS基底取出，用无水乙醇反复冲洗，去除多余的APTMS；
步骤22、将经步骤21处理后的PDMS裁成合适大小，将其置于烧杯底，根据制得的银纳米颗粒尺寸计算出密布烧杯底需要的银胶的量，并将其加入烧杯中，50℃烘干溶剂，完成均匀SERS基底制备；
步骤23、以罗丹明6G为探针分子在制得的SERS基底上任选10点做SERS检测，测试结果表明疏水材料PDMS表面制得的固相单层均匀SERS基底的相对标准偏差仅为11±0.5％。
有益效果：本发明可以制备均匀性很高的金属纳米颗粒以及紧密单层排布的SERS基底，金属纳米颗粒的相对标准误差可达7％，SERS基底的相对标准误差可达11％，本发明大大提高了在疏水材料表面制备单层SERS基底的均匀性。
附图说明
图1a和图1b分别为制得的银纳米颗粒透射电镜图(TEM)及粒径分布统计。
图2PDMS表面制备的SERS基底的扫描电镜图(SEM)。
图3a和图3b分别为SERS谱及均匀性统计。
图4：有pH值调控及无pH值调控制备的银胶的消光谱。
图5：成核阶段pH值为11，生长阶段PH值分别为7.4和4.5制备出来的银胶的消光谱。
图6：生长阶段pH值为4.5，成核阶段PH值分别为12、11、9.7和8.7制备出来的银胶的消光谱。
图7a至图7f分别为离心0、4、6次后银胶的透射电镜图(TEM)以及对应的关于银纳米颗粒直径的频率统计。
图8a和图8b分别为定量溶剂蒸发法和自组装法制备SERS基底的扫描电镜图(SEM)。
具体实施方式
为了解决现有技术存在的上述问题，申请人进行了深入而富有创造性地研究。申请人发现：SERS基底均匀性较差首先是由于均匀的金属纳米颗粒制备的难度较大，尤其是均匀的银纳米颗粒。而现有许多化学方法制备的形貌均匀的贵金属纳米颗粒都是通过包裹一层其他物质或是通过添加表面活性剂来控制其特定生长，这些都会大大的影响后期的SERS应用。此外，将颗粒均匀地吸附到疏水基底上的难度也比较大，且由于金属颗粒之间的静电斥力，颗粒很难在基底上紧密排布。
为此，申请人提出了如下方案：
本发明优选的疏水表面固相单层均匀SERS基底的制备方法，包括以下两步：
第一步：制备均匀的金属纳米颗粒胶体，具体包括以下步骤：
A)取0.5418g柠檬酸钠溶于4ml的水中，调节其pH值为11，将其置于沸水之中预热，并放在超声机里面超声；取0.051g的硝酸银溶于1ml的水中，将其置于沸水中预热；将制得的硝酸银水溶液注入pH值为11的柠檬酸钠溶液中，待溶液呈乳白色后，获得种子溶液；
B)取295ml的水置于三口圆底烧瓶中，调节其pH值为4.5，油浴加热煮沸，冷凝回流；将步骤A中得到的种子溶液快速注入pH值为4.5的水溶液中，继续保持加热搅拌1.5h后，搅拌中自然冷却，完成银纳米颗粒制备；
C)对制得的银纳米颗粒进行多次离心，离心速度2500转/分钟，提取沉降在离心管底部的银纳米颗粒，经6次离心后，获得65nm左右、均匀的、球形银纳米颗粒，相对标准偏差仅为7％左右，如附图1a和图1b所示。
第二步：在疏水材料(PDMS)表面制备均匀单层金属纳米颗粒薄膜，具体步骤如下：
A)等离子清洗PDMS基片40s后，迅速将其置于5％(V/V)APTMS乙醇溶液，温度为65℃保持6h，将PDMS基底取出，用无水乙醇反复冲洗，去除多余的APTMS；
B)将经步骤A处理后的PDMS裁成正好可以卡在烧杯底的大小，置于烧杯底，根据第一步中制得的银纳米颗粒尺寸，计算出密布烧杯底需要的银胶的量，并将其加入烧杯中，50℃烘干溶剂，完成均匀SERS基底制备，如附图2所示。
C)以罗丹明6G为探针分子在制得的SERS基底上任选10点做SERS检测，测试结果表明疏水材料PDMS表面制得的固相单层均匀SERS基底的相对标准偏差仅为11％左右，如附图3a和图3b所示。
实例一：
取0.051g的硝酸银溶于5ml的水中得到硝酸银溶液；取0.5418g柠檬酸钠置于三口圆底烧瓶中，加入295ml的去离子水，油浴加热煮沸，大力搅拌，冷凝回流。沸腾后加入硝酸银溶液，继续保持加热搅拌1.5h，熄火，搅拌中自然冷却，则银胶制备完成。制备的银胶的消光谱如图4所示，吸收峰位在413nm左右，半高宽95nm左右。
而上述优选的方法中制备的银胶的消光谱，吸收峰位在415nm左右，半高宽78nm左右。由于消光谱的峰位由颗粒的尺寸决定，而半高宽由颗粒的均匀性决定，所以有pH值调控制备的银纳米颗粒比无pH值调控制备的银纳米颗粒在尺寸上要大、在均匀性上要好。
实例二：
取0.5418g柠檬酸钠溶于4ml的水中，加入一定量的氢氧化钠溶液，调节其pH值为11，将其置于沸水之中预热，并放在超声机里面超声；取0.051g的硝酸银溶于1ml的水中，将其置于沸水中预热。用针管将硝酸银溶液注入柠檬酸钠溶液之中，待溶液呈乳白色后，将得到的种子溶液从超声机里面取出；取295ml的水置于三口圆底烧瓶中，油浴加热煮沸，大力搅拌，冷凝回流，溶液沸腾后，将得到的银种子溶液用针管一次性快速注入烧瓶中，继续保持加热搅拌1.5h后，熄火，搅拌中自然冷却，则银胶制备完成。制备的银胶的消光谱如图5所示，吸收峰位在405nm左右。
而上述优选方法中制备的银胶的消光谱，吸收峰位在415nm左右。由于消光谱的峰位由颗粒的尺寸决定，所以在生长阶段的PH值(pH＝4.5)调控使得颗粒的尺寸更大。
实例三：
取0.5418g柠檬酸钠溶于4ml的水中，加入一定量的氢氧化钠溶液，调节其pH值分别为12、11、9.7、8.7，将其置于沸水之中预热，并放在超声机里面超声；取0.051g的硝酸银溶于1ml的水中，将其置于沸水中预热。用针管将硝酸银溶液注入柠檬酸钠溶液之中，待溶液呈乳白色后，将得到的种子溶液从超声机里面取出；取295ml的水置于三口圆底烧瓶中，加入一定量的硝酸溶液，调节其pH值为4.5，油浴加热煮沸，大力搅拌，冷凝回流，溶液沸腾后，将得到的银种子溶液用针管一次性快速注入烧瓶中，继续保持加热搅拌1.5h后，熄火，搅拌中自然冷却，则银胶制备完成。制备的银胶的消光谱如图6所示，成核阶段PH值为12、11、9.7、8.7，生长阶段pH值都为4.5，对应的银胶的吸收峰分别为416nm、415nm、415nm、416nm，但是半高宽分别为92nm、78nm、97nm、126nm。由于消光谱的峰位由颗粒的尺寸决定，而半高宽由颗粒的均匀性决定，所以这四种银纳米颗粒的尺寸相近，而成核阶段pH＝11时的均匀性最好。
实例四：
多次低速离心制备好的银胶，离心速度2500转，离心时间为40min，每次用滴管直接伸到离心管的底部，吸取沉降在底部的银纳米颗粒。
图7a和图7b为直接制备出来的银胶的TEM图以及对银纳米颗粒直径的统计分布，由图7b所示，银颗粒的平均尺寸在60-70nm之间，相对标准偏差为13.31％。
图7c和图7d为此方法离心了4次之后的银胶的TEM图以及对银纳米颗粒直径的统计分布，由图7d所示，银颗粒的平均尺寸在60-65nm之间，相对标准偏差为10.40％。
图7e和图7f为此方法离心了6次之后的银胶的TEM图以及对银纳米颗粒直径的统计分布，由图7f所示，银颗粒的平均尺寸在65nm左右，相对标准偏差为7.8％。此外，伴随着离心次数的增加，棒状银纳米颗粒从一开始的占总颗粒的2.18％，到离心6次之后，棒状银纳米颗粒占总颗粒的0.29％。
实例五：
将修饰好氨基的PDMS浸泡在上述优选方法制备的银胶溶液里，浸泡过夜，通过氨基捕获银纳米颗粒，制备的SERS基底的扫描电镜图如图8b所示。可以看出直接靠氨基捕获银颗粒，由于银颗粒之间的静电斥力，颗粒的间距不能做到致密。而优选方法中制备的SERS基底就可以做到致密的颗粒间距，如图8a所示。
由上述实施例可知：
本发明将成核(种子溶液)与生长过程分开，有利于生长具有一定尺寸的均匀的纳米颗粒。而现有技术没有将这两个过程严格分开，因此难以控制生长阶段的pH值，生长的纳米颗粒的均匀性也不好。只有长大到一定尺寸的纳米颗粒才具有较好的SERS活性。
由于PDMS是疏水性的，很难与水溶液中的银纳米颗粒结合，本发明用氧等离子+APTMS处理，使得其易于与银纳米颗粒结合。
本发明根据生长好的颗粒尺寸(电镜结果)计算单层排列所需的量，将处理后的PDMS置于容器底部，加入计算好的纳米颗粒于容器中，迅速烘干溶剂，完成单层致密均匀SERS基底的制备。方法简单，效果良好。与现有技术采用将PDMS置于银胶溶液中自组装沉积纳米颗粒薄膜相比，本发明的效果明显更好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。