ITO导电玻璃上集成增强基底的SERS微流控芯片及制备方法与流程

本发明涉及表面增强拉曼光谱分析(SurfaceEnhancedRamanSpectroscopy,SERS)和微流控芯片分析技术领域。

背景技术：
微流控芯片分析方法和技术以其有样品用量小、结构设计灵活、能实现原位测试、易于实现微型化和集成化等优点，在生化样本分析和检测中备受关注。目前，微流控芯片中常用的检测方法主要有电化学检测、荧光检测和化学发光检测等，这些方法具有较高的检测灵敏度，但存在样本响应的信息量少，难以获得到生化样品详细结构信息等不足。拉曼光谱检测作为一种无损光谱检测技术，检测速度快，能从分子水平给出化合物基团和化学键的信息，信息量丰富，且其响应信号不受样本体系中水分干扰，同时能直接将激光光斑聚焦在微流控芯片的微小通道内的样本上，显示出与微流控芯片上生化样本检测具有很好的匹配性和兼容性。但拉曼光谱响应存在光谱响应信号特别弱，检测灵敏度低的问题。因此，表面增强拉曼散射(SERS)技术的引入成为实现微流控芯片上生化样本的高效分析和检测的首选。目前，在微流控SERS芯片检测区集成SERS基底的方法主要有基于微光机电技术的MEMS制备法和化学组装法等。MEMS制备法具有可控性好，制备的SERS基底均匀有序的优势，但其需要特殊设备，制备成本较高。如专利“一种具有表面增强拉曼活性的微流控芯片及其制备方法”(CN103604797A)公开了一种通过真空蒸镀法，在PDMS微流控芯片通道内的微阵列表面蒸镀双层金属膜的方法，构建具有SERS基底微流控芯片，该方法需要专门的仪器，制备成本较高，对芯片上特殊结构微管道中难以实现有效制备。专利“一种基于表面增强拉曼散射活性基底的微流控检测器件”(CN1O1792112A)通过氧等离子体与光刻胶的物理化学反应在硅基衬底上制备纳米柱结构或纳米纤维直立结构，再溅射金属纳米颗粒层,得到表面增强拉曼散射活性基底，与PDMS微流控通道键合，制备硅-PDMS双层结构SERS微流控检测器件。这种方法制备的基底具有较好的SERS活性，但制备其需要特殊的仪器，且制备过程繁琐。化学组装技术具有可利用化学反应体系选择较多，操作简单灵活，无需昂贵设备，制作成本低，但制备的基底结构可控性不及MEMS制备技术。如JuyoungLeem(Nanoscale,2014,6,2895)等人报道了在微流控通道中，利用乙二醇还原法原位制备纳米AgSERS基底的方法，该方法操作简便，但受制于制备过程条件所限，制备的纳米颗粒均匀不佳。因此，基于化学组装技术研发制备更为方便结构更为可控的SERS体系，对在微流控SERS芯片中高效集成纳米增强基底十分重要且备受关注。

技术实现要素：
本发明的目的在于针对目前微流控SERS芯片检测区表面增强活性基底制备及其芯片集成的难点问题，提供一种基于ITO导电玻璃上集成纳米增强基底的复合式多通道SERS微流控芯片及其制备方法。本发明提出采用两步计时电流沉积方法，在ITO导电玻璃上集成纳米增强基底，并构建含阵列式微通道的PDMS-ITO复合式SERS微流控芯片。本发明充分利用ITO导电玻璃表面光滑、导电性好的特性，将其作为SERS微结构的基底表面，采用两步计时电流沉积方法，通过控制纳米颗粒成核与生长过程中的沉积电位与沉积时间，控制纳米颗粒形貌与尺寸，可有效制备灵敏度高、稳定性好、均匀分布的金属纳米结构SERS基底。进一步，将其与含阵列式微通道的PDMS盖片键合，构建获得复合式、高通量的微流控SERS芯片，该芯片在同一片ITO玻璃上制作形成多个SERS检测区，其纳米增强基底是同步电化学沉积获得，其形貌一致性好，信号重现性佳。本发明采用以下技术方案实现：本发明提出的基于ITO导电玻璃上集成纳米增强基底的SERS微流控芯片，其由集成SERS增强基底的ITO基片与PDMS盖片键合而成。在PDMS盖片上设计多条平行微通道，微通道顶面开敞，在与ITO基片键合后封闭，每条通道两端设置与通道尺寸匹配的进液口与出液口；在ITO基片上通过同步电化学沉积集成有SERS增强基底，在对应PDMS盖片上每条微通道的位置至少形成一个SERS检测区。本发明所述的基于ITO导电玻璃上集成纳米增强基底的SERS微流控芯片的制备方法包括以下步骤：(1)制备带有多条平行微通道、进液口和出液口的PDMS盖片；(2)制备集成SERS增强基底的ITO基片：采用两步计时电流沉积方法，以ITO基片为工作电极，直接在其表面电化学沉积制备纳米金属颗粒，得到金、银或铜等金属纳米粒子直径在50～200nm范围的增强介质层，形成SERS基底；两步计时电流沉积是在‐1.0v沉积50s，在‐0.2V分别沉积2500s。将SERS检测区以外的纳米增强基底去掉，仅保留SERS检测区的增强基底。(3)将制备好的带有微通道的盖片和集成有SERS活性基底的ITO导电玻璃基片键合，将金属纳米SERS基底封闭到PDMS微通道内，得到复合式多通道微流控SERS芯片。本发明的有益效果如下：本发明将集成有纳米增强基底ITO导电玻璃基片与带微通道的PDMS盖片键合，制备复合式SERS芯片，具有以下优点：(1)本发明利用ITO玻璃的导电性，采用两步计时电流沉积法，通过控制金属纳米颗粒成核过程与生长过程的沉积电位与沉积时间，使金属纳米颗粒在较高的过点位下快速成核，然后再较低的恒电位条件下，使形成的晶核逐渐长大。因此，制备的SERS检测区的金属纳米颗粒具有很好的结构可控性和均匀性。(2)本发明通过优化金属纳米颗粒在成核过程的沉积电位与沉积时间优化金属纳米颗粒的密度、优化生长电位与生长时间优化金属纳米颗粒粒径与间距，获得的金属纳米微结构上可以获得生化样本的高灵敏度SERS信号。(3)本发明通过平行微通道结构的设计，在同一片ITO玻璃上构建多条微通道。同一芯片上所有SERS检测区的增强基底通过一次电沉积过程同步沉积获得，金属纳米微结构的形貌一致好，因此，在生化样本分析测试中显示出SERS信号良好的重现性。同时，阵列式微管道结构的设计可实现SERS芯片高通量检测，提升检测效率。本发明的复合式SERS芯片制备工艺相对简单，纳米结构可控，且其制备的芯片检测灵敏度高和信号重复性好，成本低，耗时少，通...