专利名称：微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微流控表面增强拉曼散射检测器件，特别是涉及一种微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用。
背景技术：
拉曼散射光谱检测是一种不需要对待检测样品进行标记的物质结构分析手段，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，作为一种可实现物质结构分子水平检测的手段，拉曼散射光谱检测有望在生物检测、疾病诊断、环境监测、化学分析等领域获得实际和广泛的应用。然而，由于拉曼散射截面小，拉曼散射光谱检测的分析灵敏度低，很多分子或者基团的拉曼光谱很难获得。虽然通过提高激励激光功率可以在一定程度上提高拉曼散射光谱的强度，但对于生物样品，强度太大的激光会破坏样品的生物活性，因此很多应用转而利用了表面增强拉曼散射效应来提高样品的拉曼散射光谱强度。 表面增强拉曼散射效应是指粗糙的贵金属表面在入射光激发的情况下增强吸附在其表面的物质分子的拉曼散射光谱信号的一种现象。分子拉曼散射信号的增强来源于粗糙表面在光照射下所产生的表面电子振荡，当入射光的频率与金属自身的等离子体的频率相匹配时，电子振荡达到最大，于是在金属表面产生一个与入射光频率相同的附加局域电磁场，它所覆盖的区域存在着入射光和表面等离子体被激发后叠加在一起的电磁场。由于分子的拉曼散射源于分子自身的极化与外界电场的相互作用，所以处在这个叠加电场中的分子除了受原入射电磁场的作用外还受这个局域增强电磁场的作用，因此激发出的拉曼散射信号也相应地得到了加强。与普通拉曼散射光谱信号相比，表面增强拉曼散射信号的强度有多个量级的增强，甚至可以达到单分子拉曼散射信号的探测。截至目前，已经报道了多种多样的基于纳米粗糙面或纳米结构的开放式表面增强拉曼散射活性基底的制备方法，包括溶胶颗粒法、金属电极的电化学氧化还原法、金属纳米小球排布法、气液固化学生长法及物理化学刻蚀法等等。在这些开放式活性基底上尤其是在纳米粗糙面或纳米结构上分布待测试剂时，一般采用浸泡-蒸发法和滴定-蒸发法。当采用浸泡-蒸发法时，可以在开放式活性基底的纳米粗糙面或纳米结构上均匀吸附一层待分析物分子，但是这种方法所需要的试剂剂量大，同时浸泡耗费的时间往往需要几个小时甚至更长。当采用滴定-蒸发法分布待分析物时，所需的试剂剂量在水平方向上只需要覆盖活性基底整个表面，但其高度可能达到毫米量级，因此试剂用量仍旧较大；且该方法也同样需要耗费较长的溶剂蒸发时间；此外，采用该方法在开放式活性基底上分布分子时，由于咖啡环效应等因素的影响，分子在活性基底上的分布不能达到很好的均匀性，从而影响所检测到的拉曼散射信号的一致性；另外，从应用角度上说，采用蒸发法分布待分析物分子不适用于对液体环境有特殊要求的生物分子的活体检测
发明内容
本发明的目的是提供一种微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用。本发明提供的微流控表面增强拉曼散射检测器件，由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。上述器件中，构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为金、钼或银；所述金属层的厚度为5-50nm ;所述每个纳米凹孔的直径小于300nm，高度为IOOnm-I μ m，所述器件的长度和宽度均为10mm，所述微流道腔的宽度为1mm，深度为 10-50 μ m，优选 20 和 50 μ mo本发明提供的制备微流控表面增强拉曼散射检测器件的方法，包括如下步骤I)制备表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底；2)制备含有微流通道的结构层；其中，所述微流通道的宽度不小于所述步骤I)所述纳米凹孔结构在所述活性基底上占据的宽度；3)将所述步骤I)所得活性基底与所述步骤2)所得结构层对准贴合，所述微流通道与所述纳米凹孔结构之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口，得到所述微流控表面增强拉曼散射检测器件。该方法中，所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；构成所述金属层的材料为金、钼或银；所述金属层的厚度为5-50nm ;所述每个纳米凹孔的直径小于300nm，高度为IOOnm-I μ m，所述器件的长度和宽度均为10mm，所述微流道腔的宽度为1mm，深度为10-50 μ m，优选 20 和 50 μ mo所述步骤I)制备表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底的方法，包括如下步骤Γ)在衬底I表面旋涂一层光刻胶后，对所得光刻胶层进行前烘处理，然后在所述光刻胶层上曝光由光刻胶小图形及其间隙共同组成的图案，显影后形成由所述光刻胶小图形及其间隙共同组成的纳米通道；2’)按照下述方法a)在所述步骤Γ)处理完毕的衬底I上制备得到初始纳米柱，或按照下述方法b)在所述步骤I’ )处理完毕的衬底I上制备得到尺寸调控后的纳米柱a)对所述步骤I’ )得到的所述由光刻胶小图形及其间隙共同组成的纳米通道用氧等离子体进行轰击，在所述衬底I上生成均匀分布于所述衬底I上所述光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，再以所述点状纳米材料结构为掩模，对所述衬底I进行各向异性刻蚀，在所述衬底I上得到垂直分布于所述衬底I上的所述初始纳米柱；
b)在所述步骤a)得到的所述初始纳米柱上通过低压化学沉积方法沉积一层薄膜，并各向异性刻蚀掉相同厚度的所述薄膜层，在所述初始纳米柱的表面包裹一层纳米侧墙，再以包裹所述纳米侧墙的所述初始纳米柱为掩膜进行各向异性刻蚀，在所述衬底I上得到所述尺寸调控后的纳米柱；3’)以聚二甲基硅氧烷预聚体浇注所述步骤2’)得到的所述初始纳米柱或所述尺寸调控后的纳米柱，使聚二甲基硅氧烷交联固化，然后将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从所述衬底I上剥离，将剥离下的所述带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷的结构面朝上贴于衬底3表面，在所述结构面上旋涂一层光刻胶层，再进行曝光和显影，显影完毕后在所述聚二甲基硅氧烷表面溅射一层所述金属层，再对所述光刻胶层进行背面曝光，用显影液对所述金属层进行剥离，剥离过程中将所述聚二甲基硅氧烷从所述平整透明衬底3上分离下来，得到所述表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底；
所述步骤2)制备含有微流通道的结构层的方法，包括如下步骤4’)在衬底2表面旋涂一层光刻胶后，对所得光刻胶层进行前烘处理，然后在所述光刻胶层上曝光，显影后得到与所述步骤I’ )所得图案对应的光刻胶图形；5’)以所述步骤4’)所得光刻胶图形为掩模，对所述衬底2进行各向异性刻蚀，然后除去所述衬底2上的光刻胶图形，得到微流通道模具；6’ )以聚二甲基硅氧烷预聚体浇注所述步骤5’ )所得微流通道模具，使聚二甲基硅氧烷交联固化，然后将固化后的聚二甲基硅氧烷从所述微流通道模具中剥离，并在微流通道相应位置制作至少一对入液口和出液口，得到所述含有微流通道的结构层；所述步骤3)对准贴合步骤中，构成所述金属层的材料为金或钼时，对准贴合的方法为先用氧等离子体轰击所述步骤I)所得活性基底与所述步骤2)所得结构层，再烘焙；构成所述金属层的材料为银时，对准贴合的方法为先用氧等离子体轰击所述步骤2)所得结构层。所述步骤I’ )中，构成所述衬底I的材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅或氮化硅，优选单晶硅或多晶硅；光刻胶小图形用于形成活性基底中的纳米凹孔结构；小图形之间的空隙用于形成平整金属基底，最终作为计算检测器件增强因子的参考基准；所用光刻胶可以为各种常用的正胶或负胶，所述正胶可以为瑞红RZJ-304系列光刻胶、Shipley AZ系列光刻胶等，所述负胶可以为Microchem. Corp. SU-8系列光刻胶；所述光刻胶层的厚度为I 2μπι，优选2μπι;所述前烘处理步骤中，温度为98°C，时间为15分钟；所述曝光步骤中，紫外光波长为365nm,强度为5. 4mW/cm2,时间为5_10秒；所述显影步骤中，时间为20_40s,优选30s ;所述间隙的宽度为20-300 μ m，优选100 μ m ;所述步骤2’)方法a)轰击步骤中，功率为200-300W，优选250W，氧气流速为10-50sccm，优选30sccm，时间为5_10分钟，优选10分钟；所述各向异性刻蚀步骤中，刻蚀功率为50-400W，优选400W，刻蚀气体为SF6和C4F8, SF6的流速为10_120sccm，优选40sccm， C4F8的流速为10-120sccm，优选90sccm，刻蚀时间为20_320s，优选160s ;所述初始纳米柱的高度为50-800nm,优选400nm,直径为5-10nm ；所述步骤2’)方法b)中，构成所述薄膜的材料为二氧化硅、碳化硅或氮化硅，优选二氧化硅；构成所述纳米侧墙的材料为二氧化硅、碳化硅或氮化硅，优选二氧化硅；所述薄膜的厚度为50-300nm，优选100_200nm ;所述低压化学气相沉积步骤中，温度为720°C，真空度为250mTorr，沉积时间为5分钟-30分钟，优选10分钟-20分钟；所述各向异性刻蚀掉相同厚度的所述薄膜层步骤中，刻蚀掉的薄膜的厚度为50-300nm，优选100_200nm ;所述以包裹所述纳米侧墙的所述初始纳米柱为掩膜进行各向异性刻蚀步骤中，刻蚀气体为SF6和C4F8, SF6的流速为40sccm，C4F8的流速为90sccm，刻蚀时间为200_600s，优选400s ;所述尺寸调控后的纳米柱的直径为200-400nm，高度为400nm_3 μ m ；
所述步骤3’ )中，构成所述衬底3的材料为玻璃或石英，优选玻璃；所述使聚二甲基硅氧烷交联固化步骤中，温度为50 80°C，优选60°C，时间为30 120分钟，优选60分钟；所述光刻胶层的厚度为I 2 μ m，优选2 μ m ;所述曝光和背面曝光步骤中，紫外光波长均为365nm,强度均为5. 4mW/cm2,时间均为5_30s,分别优选IOs和20s ;所述显影步骤中，时间为20-40S，优选30s ；所述步骤4’)中，构成所述衬底2的材料为硅或玻璃，优选硅；该步骤所用光刻胶可以为各种常用的正胶或负胶，所述正胶可以为瑞红RZJ-304系列光刻胶、ShipleyAZ系列光刻胶等，所述负胶可以为Microchem. Corp. SU-8系列光刻胶；所述光刻胶层的厚度为I 2 μ m，优选2 μ m ;所述前烘处理步骤中，温度为98°C，时间为15分钟；所述曝光步骤中，紫外光波长为365nm,强度为5. 4mW/cm2,时间为5_10s,优选IOs ;所述显影步骤中，时间为20-40s，优选 30s ；所述步骤5’ )中，所述除去所述衬底2上的光刻胶图形的方法为先进行氧等离子体轰击再浸泡于有机溶剂中；所述轰击步骤中，功率为200-300W，优选250W，氧气流速为10-50sccm，优选30sccm，时间为10-20分钟，优选13分钟；所述浸泡于有机溶剂步骤中，所述有机溶剂为丙酮，时间为5-20分钟，优选10分钟；所述微流道模具的凸台高度为10—50 μ m,优选 20 μ m 和 50 μ m ;所述步骤6’ )中，所述使聚二甲基硅氧烷交联固化步骤中，温度为50_80°C，优选600C ;时间为30 120分钟，优选60分钟；所述步骤3)所述氧等离子体轰击步骤中，功率均为200-300W，优选250W，氧气流速均为10-50sccm，优选30sccm，时间均为5_10s，优选IOs ;所述烘焙步骤中，温度为60-120°C，优选120°C，时间为30分钟-24小时，优选2小时。本发明提供的利用上述微流控表面增强拉曼散射检测器件对待分析物进行检测的方法，包括如下步骤I)将待分析物从所述微流控表面增强拉曼散射检测器件的入液口推入所述微流道中；2)所述待分析物充满所述微流道并从所述出液口流出时，停止从所述入液口推入所述待分析物；3)将带有所述待分析物的所述双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件置于拉曼光谱仪的测试平台上，仪器调试完成后等待5-10分钟，使待分析物分子均匀地落到所述表面增强拉曼散射活性基底表面的纳米凹孔结构上；4)采用拉曼光谱仪分别对检测器件中不同的纳米凹孔结构位置和不同的平整金属位置进行拉曼信号检测，比较所得拉曼信号的重复性，通过比较所得拉曼信号的强度与被测试剂的浓度，再根据增强因子的经验公式，计算器件的增强因子，完成检测。增强因子的经验公式为
其中，Nbulk和Nseks分别是受激光激发的溶液体相中被测分子的数目和吸附到基底表面的被测分子的数目；Ibulk和Iseks分别对应于两种情况下拉曼光谱的强度。对应于本发明，由于所测试剂相同，测试条件相同，所以Nbulk和Nseks分别是平整金属位置和纳米凹孔位置的分子数，由于结构参数相同的器件内不同测试位置的测试面积、溶 液高度都相等，所以Nbull^PNSEKS的比值仅取决于推入两个相同器件的不同被测试剂的浓度之比，为一确定值，由此，增强因子取决于拉曼信号的强度之比。上述方法的步骤I)中，所述待分析物选自液体待分析物、胶体待分析物和气体待分析物中的至少一种。所述液体待分析物选自下述至少一种物质形成的溶液色素、染色齐 、药物、农药、毒药、营养液、饮品、细胞培养液和被污染的水源；所述胶体待分析物选自血液、蛋白质、涂料、淀粉胶体和土壤胶体中的至少一种；所述气体待分析物选自二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲醛、乙炔、乙烯、含悬浮颗粒的汽车尾气和工厂排放的废气中的至少一种。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点I、本发明利用微流道结构实现被检测试剂在表面增强拉曼散射活性基底上的均匀分布，从而提高了表面增强拉曼散射检测信号的一致性，较浸泡-蒸发法和滴定-蒸发法的检测时间显著缩短；2、本发明采用微流道结构在实现待分析物分子均匀分布的基础上可有效减少甚至避免测试环境引入的噪声，提高表面增强拉曼散射检测信号的信噪比，从而可有效保障器件检测信号的一致性；3、本发明以硬质衬底上的纳米柱结构为模具，利用聚二甲基硅氧烷可以进行模具结构的多次压印“复制”，可以降低检测器件的制作成本；4、本发明利用聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷之间的化学键进行键合，键合工艺简单且键合力大，可以提高器件的成品率；5、本发明可通过设计不同的微流道结构，制作一对或多对入液口 /出液口，可用于一种待分析物分子的测试或不同待分析物混合和反应前后的信号检测与对比。总之，本发明制作的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件，可广泛应用于生物、化学、医学、农业等领域检测液体待分析物和/或胶体待分析物和/或气体待分析物。
图I为本发明图形化用于形成纳米柱的分布在衬底I表面上的光刻胶小图形及其间隙的示意图；其中，I为衬底，4为光刻胶。图2是本发明采用氧等离子体轰击光刻胶在衬底I表面上引入点状纳米材料结构的示意图；其中，5为点状纳米材料结构。图3是本发明以点状纳米材料结构为掩模各向异性刻蚀衬底I得到均匀分布于衬底I表面上的初始纳米柱的示意图；其中，11为初始纳米柱。图4是本发明在初始纳米柱上经过侧墙工艺得到尺寸调控后纳米柱的示意图；其中，6为尺寸调控后的纳米柱。图5是本发明将聚二甲基硅氧烷预聚体均匀分布在初始纳米柱或尺寸调控后的纳米柱模具上的示意图；其中，7为聚二甲基硅氧烷。图6是本发明将固化后的聚二甲基硅氧烷从纳米柱模具上揭开分离得到聚二甲基硅氧烷纳米凹孔的示意图；其中71为聚二甲基硅氧烷纳米凹孔。图7是本发明将分离后的聚二甲基硅氧烷结构面朝上贴于平整透明衬底3表面上，并在聚二甲基硅氧烷纳米凹孔结构上光刻形成光刻胶图形的示意图；其中3为平整透明衬底。图8是本发明在聚二甲基硅氧烷表面上溅射、剥离金属形成活性基底的示意图；其中8为金属层。
图9是本发明在衬底2上图形化用于形成微流道模具的光刻胶的示意图；其中，2为衬底。图10是本发明以光刻胶为掩模各向异性刻蚀衬底2形成微流道模具并去除残余光刻胶后的示意图；其中，21为微流通道模具。图11是本发明将聚二甲基硅氧烷预聚体均匀分布在微流通道模具上的示意图。图12是本发明将固化后的聚二甲基硅氧烷从微流通道模具上揭开分离的示意图；其中，72为聚二甲基硅氧烷微流通道。图13是本发明提供的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件的结构示意图；其中，73为入液口 /出液口 ；8为金属层；9为含有微流通道的结构层；10为微流通道腔；11为活性基底。图14是本发明制备的通过压印“复制”得到的聚二甲基硅氧烷纳米凹孔结构的扫描电镜照片。图15是在本发明提供的微流控表面增强拉曼散射检测器件活性基底上的纳米凹孔对应位置检测2. I X IO-6M和4. 2 X IO-2M的的罗丹明6G溶液时得到的拉曼散射光谱谱线的对比结果。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例I制备表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底I’ )在硅衬底I的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版I照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，形成由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道，间隙宽度为100 μ m,如图I所示；2’ )将步骤I’ )所得带有由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道的硅衬底I放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对光刻胶进行10分钟的轰击，在硅衬底I上生成均匀分布于衬底I上光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，如图2所示；紧接着，将该具有点状纳米材料结构的硅衬底I放入功率为400W，SF6和C4F8流速分别为40和90SCCm的反应离子刻蚀机的腔体中，以点状纳米材料为掩模，对硅衬底I进行各向异性刻蚀160s，在硅衬底I上形成高度为400nm、直径为5 IOnm的初始硅纳米柱，各纳米柱垂直于硅衬底I并均匀地分布在衬底I表面上，如图3所示；3’ )以步骤2’ )所得带有初始硅纳米柱的硅衬底I为模具，将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒 在该模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化(如图5所示)，再将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从衬底I上剥离(如图6所示)，将剥离下的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷层结构面朝上贴在平整玻璃衬底3上，并在该结构面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶(如图7所示)，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版2照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，在上述带有光刻胶图形的聚二甲基硅氧烷层上溅射5nm厚的金，并用波长为365nm、强度为5. 4mW/cm2的紫外光透过玻璃衬底3背面照射20s进行曝光后，置于RZJ-304正性光刻胶的显影液中浸泡3小时对金属金层进行剥离，剥离过程中聚二甲基硅氧烷从衬底3上分离下来，得到表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底(也即聚二甲基硅氧烷结构层I)，如图8所示；制备含有微流通道的结构层(也即聚二甲基硅氧烷微流道结构层2)4’)在硅衬底2的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版照射10s，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s，形成与硅衬底I表面相同的微流道形状的光刻胶图形，如图9所示；5’ )将步骤4’ )所得具有光刻胶图形的硅衬底2放入功率为600W，SF6X4F8和O2流速分别为130、100和19. 5sccm，腔体压力为15mTorr的反应离子刻蚀机的腔体中，以光刻胶图形为掩模，对硅衬底2进行各向异性刻蚀，随后将硅衬底2置于氧等离子体轰击腔体中，设备功率为250W，氧气流速为30SCCm，轰击时间为13分钟，去除模具表面受刻蚀影响的薄层光刻胶，再浸泡于丙酮10分钟去除模具表面的全部光刻胶，在硅衬底2上形成凸台高度为50 μ m,宽度为Imm的微流道模具，如图10所示；6’ )将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在步骤5)所得微流道模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化；将固化后的带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷从该微流道模具中剥离，如图12所示，并在微流道上的相应位置制作一对入液口 /出液口，得到带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2),如图13所示；制备双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件7’)将步骤6’)所得具有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2)和步骤3)所得基于聚二甲基硅氧烷纳米凹孔结构的开放式表面增强拉曼散射活性基底(也即聚二甲基硅氧烷结构层I)，放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对聚二甲基硅氧烷结构层I和聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面进行IOs的轰击，并迅速将聚二甲基硅氧烷结构层I和聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面对准贴合，并在120°C烘箱中烘焙2小时，使两层聚二甲基硅氧烷完全键合；最后，在入液口 /出液口位置安插入液管/出液管，得到本发明提供的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件。该器件由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为金；所述金属层的厚度为5nm ;每个纳米凹孔的直径小于5nm，高度为100-300nm，整体器件的长和宽均为10mm，微流道腔的宽度为1mm，深度为50 μ m。实施例2制备表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底 I’ )在硅衬底I的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版I照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，形成由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道，间隙宽度为100 μ m,如图I所示；2’ )将步骤I’ )所得带有由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道的硅衬底I放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对光刻胶进行10分钟的轰击，在硅衬底I上生成均匀分布于衬底I上光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，如图2所示；紧接着，将该具有点状纳米材料结构的硅衬底I放入功率为400W，SF6和C4F8流速分别为40和90SCCm的反应离子刻蚀机的腔体中，以点状纳米材料为掩模，对硅衬底I进行各向异性刻蚀160s，在硅衬底I上形成高度为400nm、直径为5 IOnm的初始硅纳米柱，各纳米柱垂直于硅衬底I并均匀地分布在衬底I表面上，如图3所示；然后，在该初始硅纳米柱表面上通过低压化学气相沉积(温度为720°C，真空度为250mTorr，沉积时间为20分钟)一层厚度为200nm的SiO2薄膜，并各向异性刻蚀掉200nm厚度的SiO2薄膜，使初始硅纳米柱的表面包裹一层SiO2纳米侧墙，再以之为各向异性刻蚀的掩模，在功率为400W、SF6和C4F8流速分别为40和90SCCm的反应离子刻蚀机的腔体中各向异性刻蚀硅400s，即在衬底I上得到尺寸调控后的硅纳米柱，纳米柱的高度为I μ m，直径范围为200-400nm,如图4所示；3’ )以步骤2’ )所得带有尺寸调控后的纳米柱的硅衬底I为模具，将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在该模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化(如图5所示)，再将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从衬底I上剥离(如图6所示)，将剥离下的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷层结构面朝上贴在平整玻璃衬底3上，并在该结构面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶(如图7所示)，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版2照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，在上述带有光刻胶图形的聚二甲基硅氧烷层上溅射50nm厚的金，并用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过玻璃衬底3背面照射20s进行曝光后，置于RZJ-304正性光刻胶的显影液中浸泡3小时对金属金层进行剥离，剥离过程中聚二甲基硅氧烷从衬底3上分离下来，得到表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底(也即聚二甲基硅氧烷结构层I)，如图8所示；制备含有微流通道的结构层(也即聚二甲基硅氧烷微流道结构层2)4’)在硅衬底2的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版照射10s，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s，形成与硅衬底I表面相同的微流道形状的光刻胶图形，如图9所示；5’ )将步骤4’ )所得具有光刻胶图形的硅衬底2放入功率为600W，SF6X4F8和O2流速分别为130、100和19. 5sccm，腔体压力为15mTorr的反应离子刻蚀机的腔体中，以光刻胶图形为掩模，对硅衬底2进行各向异性刻蚀，随后将硅衬底2置于氧等离子体轰击腔体中，设备功率为250W，氧气流速为30SCCm，轰击时间为13分钟，去除模具表面受刻蚀影响的 薄层光刻胶，再浸泡于丙酮10分钟去除模具表面的全部光刻胶，在硅衬底2上形成凸台高度为20 μ m,宽度为Imm的微流道模具,如图10所示；6’ )将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在步骤5)所得微流道模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化；将固化后的带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷从该微流道模具中剥离，如图12所示，并在微流道上的相应位置制作一对入液口 /出液口，得到带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2),如图13所示；制备双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件7’)将步骤6’)所得具有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2)和步骤3’ )所得基于聚二甲基硅氧烷纳米凹孔结构的开放式表面增强拉曼散射活性基底(也即聚二甲基硅氧烷结构层I)，放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对聚二甲基硅氧烷结构层I和聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面进行IOs的轰击，并迅速将聚二甲基硅氧烷结构层I和聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面对准贴合，并在120°C烘箱中烘焙2小时，使两层聚二甲基硅氧烷完全键合；最后，在入液口 /出液口位置安插入液管/出液管，得到本发明提供的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件。该器件由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为金；所述金属层的厚度为50nm ;每个纳米凹孔的直径150-350nm，高度为I μ m,整体器件的长和宽均为10mm，微流道腔的宽度为1mm，深度为20 μ m。实施例3、制备表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底I’ )在硅衬底I的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版I照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，形成由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道，间隙宽度为100 μ m,如图I所示；2’ )将步骤I’ )所得带有由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道的硅衬底I放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对光刻胶进行10分钟的轰击，在硅衬底I上生成均匀分布于衬底I上光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，如图2所示；紧接着，将该具有点状纳米材料结构的硅衬底I放入功率为400W，SF6和C4F8流速分别为40和90SCCm的反应离子刻蚀机的腔体中，以点状纳米材料为掩模，对硅衬底I进行各向异性刻蚀160s，在硅衬底I上形成高度为400nm、直径为5 IOnm的初始硅纳米柱，各纳米柱垂直于硅衬底I并均匀地分布在衬底I表面上，如图3所示；3’ )以步骤2’ )所得带有初始硅纳米柱的硅衬底I为模具，将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在该模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅 氧烷交联固化(如图5所示)，再将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从衬底I上剥离(如图6所示)，将剥离下的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷层结构面朝上贴在平整玻璃衬底3上，并在该结构面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶(如图7所示)，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版2照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，在上述带有光刻胶图形的聚二甲基硅氧烷层上溅射5nm厚的银，并用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过玻璃衬底3背面照射20s进行曝光后，置于RZJ-304正性光刻胶的显影液中浸泡3小时对金属银层进行剥离，剥离过程中聚二甲基硅氧烷从衬底3上分离下来，得到表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底(也即聚二甲基硅氧烷结构层I)，如图8所示；制备含有微流通道的结构层(也即聚二甲基硅氧烷微流道结构层2)4’)在硅衬底2的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版照射10s，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s，形成与硅衬底I表面相同的微流道形状的光刻胶图形，如图9所示；5’ )将步骤4’ )所得具有光刻胶图形的硅衬底2放入功率为600W，SF6X4F8和O2流速分别为130、100和19. 5sccm，腔体压力为15mTorr的反应离子刻蚀机的腔体中，以光刻胶图形为掩模，对硅衬底2进行各向异性刻蚀，随后将硅衬底2置于氧等离子体轰击腔体中，设备功率为250W，氧气流速为30SCCm，轰击时间为13分钟，去除模具表面受刻蚀影响的薄层光刻胶，再浸泡于丙酮10分钟去除模具表面的全部光刻胶，在硅衬底2上形成凸台高度为50 μ m,宽度为Imm的微流道模具，如图10所示；6’)将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在步骤5’)所得微流道模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化；将固化后的带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷从该微流道模具中剥离，如图12所示，并在微流道上的相应位置制作一对入液口 /出液口，得到带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2),如图13所示；制备双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件7’)将步骤6’)所得具有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2)放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面进行IOs的轰击，并迅速将聚二甲基硅氧烷结构层I和聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面对准贴合，最后，在入液口 /出液口位置安插入液管/出液管，得到本发明提供的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件。该器件由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为银；所述金属层的厚度为5nm ;每个纳米凹孔的直径小于5nm，高度为 100-300nm，整体器件的长和宽均为10mm，微流道腔的宽度为1mm，深度为50 μ m。实施例4、制备表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底I’ )在硅衬底I的表面上旋涂厚度为2μπι的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版I照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，形成由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道，间隙宽度为100微米，如图I所示；2’ )将步骤I’ )所得带有由多个光刻胶小图形及其间隙共同构成的纳米通道的硅衬底I放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对光刻胶进行10分钟的轰击，在硅衬底I上生成均匀分布于衬底I上光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，如图2所示；紧接着，将该具有点状纳米材料结构的硅衬底I放入功率为400W，SF6和C4F8流速分别为40和90SCCm的反应离子刻蚀机的腔体中，以点状纳米材料为掩模，对硅衬底I进行各向异性刻蚀80s，在硅衬底I上形成高度为400nm、直径为5 IOnm的初始硅纳米柱，各纳米柱垂直于硅衬底I并均匀地分布在衬底I表面上，如图3所示；然后，在该初始硅纳米柱表面上通过低压化学气相沉积(温度为720°C，真空度为250mTorr,沉积时间为20分钟)一层厚度为200nm的SiO2薄膜，并再各向异性刻蚀掉200nm厚度的SiO2薄膜，使初始硅纳米柱的表面包裹一层SiO2纳米侧墙，再以之为各向异性刻蚀的掩模，在功率为400W、SF6和C4F8流速分别为40和90SCCm的反应离子刻蚀机的腔体中各向异性刻蚀硅400s，即在衬底I上得到尺寸调控后的硅纳米柱，纳米柱的高度为I μ m，直径范围为200-400nm,如图4所示；3’ )以步骤2’ )所得带有尺寸调控后的纳米柱的硅衬底I为模具，将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在该模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化(如图5所示)，再将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从衬底I上剥离(如图6所示)，将剥离下的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷层结构面朝上贴在平整玻璃衬底3上，并在该结构面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶(如图7所示)，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版2照射IOs进行曝光，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s后，在上述带有光刻胶图形的聚二甲基硅氧烷层上溅射50nm厚的银，并用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过玻璃衬底3背面照射20s进行曝光后，置于RZJ-304正性光刻胶的显影液中浸泡3小时对金属银层进行剥离，剥离过程中聚二甲基硅氧烷从衬底3上分离下来，得到表面覆盖有金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底(也即聚二甲基硅氧烷结构层I)，如图8所示；制备含有微流通道的结构层(也即聚二甲基硅氧烷微流道结构层2)4’)在硅衬底2的表面上旋涂厚度为2 μ m的RZJ-304正性光刻胶，在98°C烘箱中前烘15分钟，用波长为365nm、强度为5. 4mff/cm2的紫外光透过掩模版照射10s，在RZJ-304正性光刻胶的显影液中显影30s，形成与硅衬底I表面相同的微流道形状的光刻胶图形，如图9所示；
5’ )将步骤4’ )所得具有光刻胶图形的硅衬底2放入功率为600W，SF6X4F8和O2流速分别为130、100和19. 5sccm，腔体压力为15mTorr的反应离子刻蚀机的腔体中，以光刻胶图形为掩模，对硅衬底2进行各向异性刻蚀，随后将硅衬底2置于氧等离子体轰击腔体中，设备功率为250W，氧气流速为30SCCm，轰击时间为13分钟，去除模具表面受刻蚀影响的薄层光刻胶，再浸泡于丙酮10分钟去除模具表面的全部光刻胶，在硅衬底2上形成凸台高度为20 μ m,宽度为Imm的微流道模具,如图10所示；6’)将充分混合并已去除气泡的聚二甲基硅氧烷预聚体倒在步骤5’)所得微流道模具上，在60°C的烘箱中烘焙60分钟使聚二甲基硅氧烷交联固化；将固化后的带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷从该微流道模具中剥离，如图12所示，并在微流道上的相应位置制作一对入液口 /出液口，得到带有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2),如图13所示；制备双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件7’)将步骤6’)所得具有微流道结构的聚二甲基硅氧烷(也即聚二甲基硅氧烷结构层2)放入功率为250W，氧气流速为30SCCm的氧等离子体轰击腔体中，对聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面进行IOs的轰击，并迅速将聚二甲基硅氧烷结构层I和聚二甲基硅氧烷结构层2的键合面对准贴合，使两层聚二甲基硅氧烷完全键合；最后，在入液口 /出液口位置安插入液管/出液管，得到本发明提供的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件。该器件由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为银；所述金属层的厚度为50nm ;每个纳米凹孔的直径150-350nm，高度为I μ m,整体器件的长和宽均为10mm，微流道腔的宽度为1mm，深度为20 μ m。实施例5、利用微流控表面增强拉曼散射检测器件对罗丹明6G溶液进行检测I)将罗丹明6G溶液从实施例3或4制备所得微流控表面增强拉曼散射检测器件的入液口推入微流道中；2)罗丹明6G溶液充满微流道并从出液口流出时，停止从入液口推入罗丹明6G溶液；3)将带有罗丹明6G溶液的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件置于拉曼光谱仪的测试平台上，仪器调试完成后等待5-10分钟，使罗丹明6G溶液分子均匀地落到表面增强拉曼散射活性基底表面的纳米凹孔结构上；4)采用拉曼光谱仪分别对检测器件中不同的纳米凹孔结构位置和不同的平整金属位置进行拉曼信号检测，比较所得拉曼信号的重复性，通过比较所得拉曼信号的强度以计算器件的增强因子，完成检测。图15是在本发明提供的微流控表面增强拉曼散射检测器件活性基底上的纳米凹孔对应位置检测2. I X IO-6M和4. 2 X IO-2M的的罗丹明6G溶液时得到的拉曼散射光谱谱线的对比结果。取峰值位置1360CHT1处的散射强度比7. 3，用于增强因子的计算(详细计算 过程为EF = (ISEES/Ibulk) X (Nbulk/NSEES)其中Iseks和Ibulk分别是纳米凹孔位置和平整金属位置同一峰值位置(UeOcnT1)的散射强度，Nbulk和Nseks分别表示测试溶液中的分子数，其比值为两种试剂的浓度的比值)，得到基于聚二甲基硅氧烷纳米凹孔结构的开放式表面增强拉曼散射活性基底的增强因子为7. 3 X IO6量级。
权利要求
1.一种微流控表面增强拉曼散射检测器件，由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。
2.根据权利要求I所述的器件，其特征在于构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为金、钼或银；所述金属层的厚度为5-50nm ;所述每个纳米凹孔的直径小于300nm，高度为IOOnm-I μ m，所述器件的长度和宽度均为10mm，所述微流道腔的宽度为1mm，深度为10-50 μ m,优选20和50 μ m。
3.根据权利要求I或2所述的器件，其特征在于所述微流控表面增强拉曼散射检测器件是按照权利要求4-7任一所述方法制备而得。
4.一种制备权利要求I或2任一所述微流控表面增强拉曼散射检测器件的方法，包括如下步骤 1)制备表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底； 2)制备含有微流通道的结构层；其中，所述微流通道的宽度不小于所述步骤I)所述纳米凹孔结构在所述活性基底上占据的宽度； 3)将所述步骤I)所得活性基底与所述步骤2)所得结构层对准贴合，所述微流通道与所述纳米凹孔结构之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口，得到所述微流控表面增强拉曼散射检测器件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底； 构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；构成所述金属层的材料为金、钼或银；所述金属层的厚度为5-50nm ;所述每个纳米凹孔的直径小于300nm，高度为IOOnm-I μ m，所述器件的长度和宽度均为10mm，所述微流道腔的宽度为1mm，深度为10-50 μ m，优选 20 和 50 μ mo
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于所述步骤I)制备表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底的方法，包括如下步骤 Γ)在衬底I表面旋涂一层光刻胶后，对所得光刻胶层进行前烘处理，然后在所述光刻胶层上曝光由光刻胶小图形及其间隙共同组成的图案，显影后形成由所述光刻胶小图形及其间隙共同组成的纳米通道； 2’)按照下述方法a)在所述步骤Γ)处理完毕的衬底I上制备得到初始纳米柱，或按照下述方法b)在所述步骤I’ )处理完毕的衬底I上制备得到尺寸调控后的纳米柱 a)对所述步骤I’ )得到的所述由光刻胶小图形及其间隙共同组成的纳米通道用氧等离子体进行轰击，在所述衬底I上生成均匀分布于所述衬底I上所述光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，再以所述点状纳米材料结构为掩模，对所述衬底I进行各向异性刻蚀，在所述衬底I上得到垂直分布于所述衬底I上的所述初始纳米柱； b)在所述步骤a)得到的所述初始纳米柱上通过低压化学沉积方法沉积一层薄膜，并各向异性刻蚀掉相同厚度的所述薄膜层，在所述初始纳米柱的表面包裹一层纳米侧墙，再以包裹所述纳米侧墙的所述初始纳米柱为掩膜进行各向异性刻蚀，在所述衬底I上得到所述尺寸调控后的纳米柱； 3’)以聚二甲基硅氧烷预聚体浇注所述步骤2’)得到的所述初始纳米柱或所述尺寸调控后的纳米柱，使聚二甲基硅氧烷交联固化，然后将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从所述衬底I上剥离，将剥离下的所述带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷的结构面朝上贴于衬底3表面，在所述结构面上旋涂一层光刻胶层，再进行曝光和显影，显影完毕后在所述聚二甲基硅氧烷表面溅射一层所述金属层，再对所述光刻胶层进行背面曝光，用显影液对所述金属层进行剥离，剥离过程中将所述聚二甲基硅氧烷从所述平整透明衬底3上分离下来，得到所述表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底； 所述步骤2)制备含有微流通道的结构层的方法，包括如下步骤 4’)在衬底2表面旋涂一层光刻胶后，对所得光刻胶层进行前烘处理，然后在所述光刻胶层上曝光，显影后得到与所述步骤I’ )所得图案对应的光刻胶图形； 5’)以所述步骤4’)所得光刻胶图形为掩模，对所述衬底2进行各向异性刻蚀，然后除去所述衬底2上的光刻胶图形，得到微流通道模具； 6’ )以聚二甲基硅氧烷预聚体浇注所述步骤5’ )所得微流通道模具，使聚二甲基硅氧烷交联固化，然后将固化后的聚二甲基硅氧烷从所述微流通道模具中剥离，并在微流通道相应位置制作至少一对入液口和出液口，得到所述含有微流通道的结构层； 所述步骤3)对准贴合步骤中，构成所述金属层的材料为金或钼时，对准贴合的方法为先用氧等离子体轰击所述步骤I)所得活性基底与所述步骤2)所得结构层，再烘焙；构成所述金属层的材料为银时，对准贴合的方法为先用氧等离子体轰击所述步骤2)所得结构层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤I’ )中，构成所述衬底I的材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅或氮化硅，优选单晶硅或多晶硅；所述光刻胶层的厚度为I 2μπι，优选2μπι;所述前烘处理步骤中，温度为98°C，时间为15分钟；所述曝光步骤中，紫外光波长为365nm,强度为5. 4mW/cm2,时间为5_10秒；所述显影步骤中，时间为20_40s,优选30s ;所述间隙的宽度为20-300 μ m，优选100 μ m ; 所述步骤2’)方法a)轰击步骤中，功率为200-300W，优选250W，氧气流速为10-50sccm，优选30sccm，时间为5_10分钟，优选10分钟；所述各向异性刻蚀步骤中，刻蚀功率为50-400W，优选400W，刻蚀气体为SF6和C4F8, SF6的流速为10_120sccm，优选40sccm，C4F8的流速为10-120sccm，优选90sccm，刻蚀时间为20_320s，优选160s ;所述初始纳米柱的高度为50-800nm,优选400nm,直径为5-10nm ； 所述步骤2’ )方法b)中，构成所述薄膜的材料为二氧化硅、碳化硅或氮化硅，优选二氧化硅；构成所述纳米侧墙的材料为二氧化硅、碳化硅或氮化硅，优选二氧化硅；所述薄膜的厚度为50-300nm，优选100_200nm ;所述低压化学气相沉积步骤中，温度为720°C，真空度为250mTorr,沉积时间为5分钟-30分钟，优选10分钟-20分钟；所述各向异性刻蚀掉相同厚度的所述薄膜层步骤中，刻蚀掉的薄膜的厚度为50-300nm，优选100_200nm ;所述以包裹所述纳米侧墙的所述初始纳米柱为掩膜进行各向异性刻蚀步骤中，刻蚀气体为SF6和C4F8,SF6的流速为40sccm，C4F8的流速为90sccm，刻蚀时间为200_600s，优选400s ;所述尺寸调控后的纳米柱的直径为200-400nm,高度为400nm_3 μ m ； 所述步骤3’)中，构成所述衬底3的材料为玻璃或石英，优选玻璃；所述使聚二甲基硅氧烷交联固化步骤中，温度为50 80°C，优选60°C，时间为30 120分钟，优选60分钟；所述光刻胶层的厚度为I 2 μ m，优选2 μ m ;所述曝光和背面曝光步骤中，紫外光波长均为365nm,强度均为5. 4mff/cm2,时间均为5_30s,分别优选IOs和20s ;所述显影步骤中，时间为20-40s，优选 30s ； 所述步骤4’)中，构成所述衬底2的材料为硅或玻璃，优选硅；所述光刻胶层的厚度为I 2 μ m，优选2 μ m ;所述前烘处理步骤中，温度为98°C，时间为15分钟；所述曝光步骤中，紫外光波长为365nm,强度为5. 4mW/cm2,时间为5_10s,优选IOs ;所述显影步骤中，时间为20-40s，优选 30s ； 所述步骤5’ )中，所述除去所述衬底2上的光刻胶图形的方法为先进行氧等离子体轰击再浸泡于有机溶剂中；所述轰击步骤中，功率为200-300W，优选250W，氧气流速为10-50sccm，优选30sccm，时间为10-20分钟，优选13分钟；所述浸泡于有机溶剂步骤中，所述有机溶剂为丙酮，时间为5-20分钟，优选10分钟；所述微流道模具的凸台高度为10—50 μ m,优选 20 μ m 和 50 μ m ; 所述步骤6’)中，所述使聚二甲基硅氧烷交联固化步骤中，温度为50-80°C，优选60°C;时间为30 120分钟，优选60分钟； 所述步骤3)所述氧等离子体轰击步骤中，功率均为200-300W，优选250W，氧气流速均为10-50sccm，优选30sccm，时间均为5_10s，优选IOs ;所述烘焙步骤中，温度为60_120°C，优选120°C，时间为30分钟-24小时，优选2小时。
8.一种利用权利要求1-3任一所述微流控表面增强拉曼散射检测器件对待分析物进行检测的方法，包括如下步骤 1)将待分析物从所述微流控表面增强拉曼散射检测器件的入液口推入所述微流道中； 2)所述待分析物充满所述微流道并从所述出液口流出时，停止从所述入液口推入所述待分析物； 3)将带有所述待分析物的所述双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件置于拉曼光谱仪的测试平台上，仪器调试完成后等待5-10分钟，使待分析物分子均匀地落到所述表面增强拉曼散射活性基底表面的纳米凹孔结构上； 4)采用拉曼光谱仪分别对检测器件中不同的纳米凹孔结构位置和不同的平整金属位置进行拉曼信号检测，比较所得拉曼信号的重复性，通过比较所得拉曼信号的强度与被测试剂的浓度，再根据增强因子的经验公式，计算器件的增强因子，完成检测。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述步骤I)中，所述待分析物选自液体待分析物、胶体待分析物和气体待分析物中的至少一种。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于所述液体待分析物选自下述至少一种物质形成的溶液色素、染色剂、药物、农药、毒药、营养液、饮品、细胞培养液和被污染的水源； 所述胶体待分析物选自血液、蛋白质、涂料、淀粉胶体和土壤胶体中的至少一种；所述气体待分析物选自二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲醛、乙炔、乙烯、含悬浮颗粒 的汽车尾气和工厂排放的废气中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用。该器件由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在活性基底和结构层之间形成微流通道腔，在对应于微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于微流通道腔的结构层上设有至少一对均与微流通道腔相通的入液口和出液口；位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。该器件成品率高、成本低廉、检测一致性好、无噪声干扰、可实时监测的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件。该微流控检测器件可用于气态、胶体尤其是液态环境中待分析物的检测。
文档编号G01N21/65GK102788777SQ20111013103
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者吕芃芃, 吴文刚, 毛海央 申请人:北京大学