一种金纳米棒阵列及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种金纳米棒阵列及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]表面增强拉曼散射(SERS)效应可以将分子拉曼信号增强百万倍甚至更高倍，是很好的化学、生物检测方法。这种超高增强主要是依赖于SERS “热点”:它主要是由表面等离子体共振在作为基底的相邻贵金属纳米粒子在间隙等接触位置产生的具有极强局域电场的“点”。当检测分子吸附在“热点”位置时，其拉曼信号会得到极大增强。然而，由于检测体系内“热点”位置的随机分布，使得SERS检测技术的重现性受到限制。因此，制备一种“热点”分布均匀可控的SERS基底，在SERS技术的应用方面十分重要。
[0003]作为SERS增强基底的贵金属纳米材料中的一种，金纳米棒具有特殊的物理各向异性，如随着对金纳米棒长径比的调控，其固有等离子共振性质可以被调控。而金纳米棒通过自组装获得的组装体表现出比单个金纳米棒更优异的性能，如可调控的遮光度、彼此间等离子体共振耦合带来的集合特性等，这使得金纳米棒组装体在高灵敏传感器(如SERS)、光电设备等领域有广泛应用。
[0004]然而现有的金纳米棒组装体的规模小，(如CN103341623仅可以获得几个金纳米棒的肩并肩模式组装)，而不能实现大面积(即微米级别)的纳米粒子组装，当将其用于SERS基底时，结构散步于基板上不连续，整体无序，必然导致“热点”分布不均匀。
[0005]有鉴于此，有必要提供一种大规模且阵列结构规整的金纳米棒阵列及其制备方法和应用。
【发明内容】
[0006]基于上述技术问题，本发明提供了一种金纳米棒阵列及其制备方法和应用，所述金纳米棒阵列的规模在肉眼可见的毫米级，且结构规整，所述金纳米棒阵列在作为SERS增强基底时，其表面具有均匀分布的SERS“热点”，增强能力高、重复性好。所述金纳米棒阵列的制备方法操作简单、条件温和。
[0007]第一方面，本发明提供了一种金纳米棒阵列的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)制备十六烷基三甲基溴化铵修饰的金纳米棒的水溶液，并通过离心、去上清液，再用纯水分散，得到浓度为0.2-0.6nmol/L的金纳米棒一次分散液；
[0009](2)对所述金纳米棒一次分散液进行离心，并往离心后的沉淀中加入十六烷基三甲基溴化铵，得到金纳米棒二次分散液，所述十六烷基三甲基溴化铵在所述金纳米棒二次分散液中的浓度为0.5-2mmol/L ;
[0010](3)向所述金纳米棒二次分散液中加入巯基化合物，得到金纳米棒三次分散液，然后将所述金纳米棒三次分散液在室温下过夜搅拌，其中，所述巯基化合物在所述金纳米棒三次分散液中的浓度为0.01-0.2mmol/L，所述巯基化合物包括(I1-巯基^^一烷基)六(乙二醇)；
[0011](4)将所述金纳米棒三次分散液进行离心浓缩，得到浓缩的金纳米棒三次分散液；
[0012](5)将浓缩的金纳米棒三次分散液滴到亲水性平面基片的表面，采用溶剂蒸发法干燥，得到金纳米棒阵列。
[0013]优选地，步骤(I)中，所述制备十六烷基三甲基溴化铵修饰的金纳米棒的水溶液的方法为种子生长法。
[0014]优选地，步骤(I)中，所述离心的转速为8000-12000r/min。
[0015]优选地，步骤(I)中，所述金纳米棒的棒长为30-70nm，其长径比为3-5。
[0016]如本发明所述的，步骤⑴中，所述制备十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的金纳米棒的的水溶液的方法，可以采用本领域的常规方法进行，例如可以湿化学合成的晶种生长法和非晶种生长法等采用种子生长法等。
[0017]如本发明所述的，采用上述方法制得的CTAB修饰的金纳米棒的的水溶液中，CTAB的浓度一般为0.5-2mol/L，在本发明步骤(2)中要保护的范围之外，因此，本发明往所述金纳米棒一次分散液中加入CTAB，使所述CTAB在所述金纳米棒二次分散液中的浓度为
0.5_2mmol/L，且金纳米棒在所述金纳米棒二次分散液中的浓度仍为0.2-0.6nmol/L。
[0018]优选地，步骤(I)中所述金纳米棒一次分散液的体积与步骤(2)中所述第金纳米棒二次分散液的体积相同。
[0019]如本发明所述的，步骤(2)中，所述十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在所述金纳米棒二次分散液中的浓度是指溶解在水中的CTAB的浓度。
[0020]优选地，步骤(2)中，所述离心的转速8000-12000r/min。
[0021]优选地，步骤(3)中，所述向金纳米棒二次分散液中加入巯基化合物，具体为:将浓度为0.1-0.4mmol/L的巯基化合物的水溶液按1:2的比例与步骤(2)所得金纳米棒二次分散液进行混合。
[0022]优选地，步骤(4)中，所述浓缩的金纳米棒三次分散液是所述金纳米棒三次分散液的浓度的10-75倍。
[0023]优选地，步骤(5)中，所述亲水性平面基片包括抛光硅片、表面有二氧化硅层的硅片、表面有二氧化硅层的玻璃片和表面有二氧化硅层的石英片。
[0024]优选地，步骤(5)中，所述溶剂蒸发法干燥，是指将表面滴有浓缩的金纳米棒三次分散液的平面基片水平静止在空气湿度为40% -95%的环境，待基片表面液体自然干燥为止。
[0025]优选地，步骤(5)中，所述金纳米棒阵列是由平铺在基片表面的纵向紧密排列的单层金纳米棒构成，所述金纳米棒阵列中，金纳米棒的棒长为30-70nm，其长径比为3_5，金纳米棒的棒间距为l_3nm。
[0026]本发明第一方面提供的金纳米棒阵列的制备方法操作简单、条件温和，可以有效地实现金纳米棒的高效自组装，所制备的金纳米棒阵列结构规整，为肉眼可见的毫米级别，有利于金纳米棒阵列用作SERS增强基底。
[0027]第二方面，本发明提供了一种金纳米棒阵列，所述金纳米棒阵列是采用本发明第一方面所述的制备方法制得。
[0028]优选地，所述金纳米棒阵列是由平铺在基片表面的纵向紧密排列的金纳米棒构成，所述金纳米棒阵列中，金纳米棒的棒长为30-70nm，其长径比为3_5，金纳米棒的棒间距为 l-3nm。
[0029]第三方面，本发明提供了第二方面所述的金纳米棒阵列或第一方面所述的制备方法制得的金纳米棒阵列在表面增强拉曼散射(SERS)检测中的应用。
[0030]所述应用，包括以下步骤:
[0031](I)制备十六烷基三甲基溴化铵修饰的金纳米棒的水溶液，并通过离心、去上清液，再用纯水分散，得到浓度为0.2-0.6nmol/L的金纳米棒一次分散液；
[0032](2)对所述金纳米棒一次分散液进行离心，并往离心后的沉淀中加入十六烷基三甲基溴化铵，得到金纳米棒二次分散液，所述十六烷基三甲基溴化铵在所述金纳米棒二次分散液中的浓度为0.5-2mmol/L ;
[0033](3)向所述金纳米棒二次分散液中加入巯基化合物，得到金纳米棒三次分散液，然后将所述金纳米棒三次分散液在室温下过夜搅拌，其中，所述巯基化合物在所述金纳米棒三次分散液中的浓度为0.01-0.2mmol/L，所述巯基化合物包括(I1-巯基^^一烷基)六(乙二醇)；
[0034](4)将所述金纳米棒三次分散液进行离心浓缩至10-75倍，得到浓缩的金纳米棒三次分散液；
[0035](5)将浓缩的金纳米棒三次分散液滴到亲水性平面基片的表面，采用溶剂蒸发法干燥，得到金纳米棒阵列；
[0036](6)在上述金纳米棒阵列的表面上滴加待测物溶液，进行拉曼光谱测试。
[0037]优选地，步骤(6)中，所述进行拉曼光谱测试时，使用的激发波长为633nm或785nm0
[0038]如本发明所述的，步骤(6)中，待测物溶液的体积应该不超过金纳米棒阵列的体积。
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