具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底及其应用的制作方法

具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，所述具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底是由单分散性的球形纳米材料通过边际蒸发的方法进行组装而成。本发明还公开了具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备方法及其应用。本发明与以前发明的SERS基底相比，本发明的SERS基底具有晶体一样的高度有序结构。这样，这种结构的SERS具有非常良好的均一性和可重复性的特性。在生物标志物的定量分析中有利于高精度定量检测。
【专利说明】具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底及其应用

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增强拉曼基底制备的【技术领域】，更具体地，涉及一种有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用。

【背景技术】
[0002]表面增强拉曼散射(SERS)正在成为生物和医学研究功能强大的分析工具。表面增强拉曼光谱的主要优势在于巨大的增强拉曼信号，从分析物的特征指纹光谱，可以从复杂样品基质中排除非特异性分子干扰。然而，具有高灵敏度和重现性的SERS基质的低成本制造仍然是一个挑战。为了获得均匀地排列的SERS基底，不同的方法如光刻、喷墨印刷或共聚物模板组件已经采用。但是，也有在获得高质量的SERS基底时，上述方法的再现性或简单性方面仍有一定的困难。蒸发自组装方法具有成本低、可重复性以及不需要的额外试剂盒耗材的优点。因此，基于蒸发的制造阵列的各种方法已被使用。对流组装已被用来引导良好有序的二维和三维聚苯乙烯组装阵列。垂直沉积也提供了一种简单的方法来组装胶体晶体，造成规模大，从单层良好的重现性硅阵列的形成到多层膜。但是对于金属纳米材料，由于其密度难以使用上述该方法。


【发明内容】

[0003]发明目的:本发明的第一个目的是提供了一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底。本发明的第二个目的是提供了上述具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备方法。本发明的第三个目的是提供了一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底在SERS信号检测方面的应用。
[0004]在本发明中，根据边际蒸发效应制备了一种具有晶体有序结构的SERS基底，其具有优异的表面增强拉曼散射性质、SERS信号均一性和可重复性等。制备方法具有操作简单、不需要任何仪器设备及成本低等优点。这种SERS基底是SERS检测及相应传感器开发的前提。
[0005]技术方案:为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，所述具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底是由单分散性的球形纳米材料通过边际蒸发的方法进行组装而成。
[0006]进一步地，上述单分散性的球形纳米材料为单分散性的金、银、铜、钼纳米球或具备单分散性的金属纳米壳的纳米球。
[0007]关于单分散性的金、银、铜、钼纳米球的制备方法成熟，报道的也很多，以下列出部分参考文献。参见参考文献:Phootehem.Photob1l.1994，60, 605 ；Chem.Mater.1997，9，3083 ； Langmuir 1998，14，726 ；Chem.Mater.2000，12，306 ；J.Phys.Chme.B 1999，103，9533 ；Langmuir 1999，15，6738 ；Chem.Mater.1998，10，594 ；J.Phys.Chme.B 1999，103，3818 ；Chem.Mater.2001，13，2313 ；Langmuir 2001，17，6782。
[0008]进一步地，上述具备单分散性的金属纳米壳的纳米球为具有单分散性的有机或无机纳米球内核和金属纳米外层，所述金属纳米外层为金纳米层、银纳米层、铜纳米层或钼纳米层中的一种或几种。
[0009]进一步地，上述单分散性的球形纳米材料直径为40-800纳米。
[0010]进一步地，上述单分散性的有机或无机纳米球内核直径为20-500纳米，所述金属纳米外层厚度为20-500纳米。
[0011]进一步地，上述具备单分散性的金属纳米壳的纳米球的制备方法如下:
1)广2501新鲜配置11的氢氧化钠加入500?1000 “水中，搅拌，紧接着加入50-1000^ 1四羟甲基氯化磷，磁力搅拌2-20分钟后得到混合液，5-100 ^1 1%氯金酸加入混合液中，磁力搅拌10?50分钟即得2?3 的金纳米颗粒，41避光保存；
2)将单分散的有机或无机纳米球的乙醇悬浮液与10010091的3-氨丙基三乙氧基硅烷通过6(^801搅拌广4 11来氨基化，乙醇洗涤去除游离3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化纳米球；
3)将经步骤2)处理的氨基化纳米球加入步骤1)处理的金纳米颗粒，磁力搅拌10飞0分钟后离心去除没有吸附的金纳米颗粒即得具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体；
4)将经步骤3)处理的具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体加到金、银、铜或钼的盐溶液中，在加入还原剂磁力搅拌10?50分钟后，离心收集沉淀重悬于水中即得具备单分散性的金属纳米壳的纳米球悬浮液。
[0012]进一步地，上述有机或无机纳米球为二氧化娃纳米球、二氧化钛纳米球、聚苯乙烯纳米球，聚四氟乙烯纳米球。
[0013]进一步地，上述步骤4)中的还原剂为甲醛、过氧化氢或盐酸羟铵。
[0014]上述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备方法，所述制备方法为通过边际蒸发的方法，具体包括以下步骤:
1)将载玻片浸泡在体积比为0.1-5%的具有氨基或巯基的硅烷化试剂的乙醇溶液中0.5-12小时，再用乙醇洗涤；
2)将经步骤1)处理的载玻片在60-1201条件下干燥处理5-60分钟；
3)将经步骤2)处理的载玻片与水平面间呈3-45。的角放置，将1-500微升的单分散性的浓度为1 X 106~1 X 101°个/11^的球形纳米材料的悬浮液滴加到载玻片上，在4-451的条件下至液体蒸发干即可。
[0015]上述的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底在32旧信号检测方面的应用。
[0016]有益效果:与现有技术相比，本发明具有如下优点:
(1)本发明与以前发明的32“基底相比，基于本发明的基底是由单分散性球形金属纳米材料组装而成，具有晶体的一样的高度有序结构，作为32旧材料具有非常良好的均一性和可重复性的特性，这一点对于32“基底材料而言尤为重要。
[0017](2)与现有的32旧基底制备技术相比，本发明通过边际蒸发效应制备具有晶体的高度有序结构的32旧基底，操作简单，不需要额外的仪器设备，最为重要的是成本底。

【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1(八)单分散性的空心铜纳米球的消光光谱及扫描电镜图片；(8)单分散性的空心铜纳米球的粒径统计直方图；
图2具有晶体的闻度有序结构的321^3基底制备的不意图；
图3金纳米壳悬浮液液滴干燥后的321图像:匕)大视野的321图，其中视野中新月形的区域为具有晶体的高度有序结构的32旧基底，其他为无序的金纳米壳排列区域(插图是一个典型的干滴直径4毫米的光学照片)，(^)为具有晶体的高度有序结构的32旧基底和无序的金纳米壳排列区域的边界(0无序的金纳米壳排列放大的321图，(0)具有晶体的高度有序结构的3现3基底放大的321图；
图4为制备的钼纳米球组装的具有晶体的闻度有序结构的31^3基底和无序的钼纳米球排列区域在不同激发光源激发的尼罗蓝八的32“光谱，表明具有晶体的高度有序结构的33尺3基底的增强效果好于无序的钼纳米球排列区域(￡1:785 11111, 13:632咖，。:533鹽)；图5为制备的铜纳米壳组装的具有晶体的闻度有序结构的基底和无序的铜纳米壳排列区域在785 11111激发光条件下增强效果的拉曼成像，表明具有晶体的高度有序结构的32旧基底的增强均一性好于无序的排列区域(￡1:具有晶体的高度有序结构的321^基底的拉曼成像图，13:具有晶体的高度有序结构的3现3基底信号最低的3现3光谱，(3:具有晶体的高度有序结构的32旧基底信号最高的321^光谱，(1:无序的铜纳米壳排列区域拉曼成像图，6:无序的铜纳米壳排列区域信号最低的32旧光谱，卜无序的铜纳米壳排列区域信号最高的321^光谱)；
图6具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的神经特异性烯醇化酶检测标准曲线匕:不同浓度神经特异性烯醇化酶对应的32旧光谱，6:标准曲线)；
图7具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底检测的血清中不同浓度神经特异性烯醇化酶添加检测图；361*11111是血清。

【具体实施方式】
[0019]实施例1:具备单分散性的金纳米壳的纳米球的制备
具备单分散性的金属纳米壳的纳米球为具有单分散性的有机或无机纳米球内核和金属纳米外层，所述金属纳米外层为金纳米层。单分散性的有机或无机纳米球内核直径为20纳米，所述金属纳米外层厚度为20纳米。有机或无机纳米球为二氧化硅纳米球。
[0020]具备单分散性的金纳米壳的纳米球的制备方法如下:
1)11111新鲜配置11的氢氧化钠加入500 “水中，搅拌，紧接着加入50 9 1四羟甲基氯化磷，磁力搅拌2分钟后51111 1%氯金酸加入混合液中，磁力搅拌10分钟即得2?3 11111的金纳米颗粒，41避光保存；
2)将单分散的二氧化硅纳米球的乙醇悬浮液与1009 1的3-氨丙基三乙氧基硅烷通过601搅拌4 1！来氨基化，乙醇洗涤去除游离3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化纳米球。
[0021]3)将经步骤2)处理的氨基化纳米球加入步骤1)处理的金纳米颗粒，磁力搅拌10分钟后离心去除没有吸附的金纳米粒子即得具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体；
4)将经步骤3)处理的具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体加到金的盐溶液中，在加入还原剂甲醛磁力搅拌10分钟后，离心收集沉淀重悬于水中即得具备单分散性的金纳米壳的纳米球悬浮液。
[0022]实施例2 具备单分散性的银纳米壳的纳米球的制备具备单分散性的金属纳米壳的纳米球为具有单分散性的有机或无机纳米球内核和金属纳米外层，所述金属纳米外层为银纳米层。单分散性的有机或无机纳米球内核直径为500纳米，所述金属纳米外层厚度为500纳米。有机或无机纳米球为二氧化钛纳米球。
[0023]具备单分散性的金属纳米壳的纳米球的制备方法如下:
1)25 ml新鲜配置1M的氢氧化钠加入1000 ml水中，搅拌，紧接着加入1000 μ 1四羟甲基氯化磷，磁力搅拌20分钟后100 ml 1%氯金酸加入混合液中，磁力搅拌50分钟即得2^3 nm的金纳米颗粒,4 °C避光保存；
2)将单分散的二氧化钛纳米球的乙醇悬浮液与400μ 1的3-氨丙基三乙氧基硅烷通过80°C搅拌4 h来氨基化，乙醇洗涤去除游离3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化纳米球。
[0024]3)将经步骤2)处理的氨基化纳米球加入步骤1)处理的金纳米颗粒，磁力搅拌50分钟后离心去除没有吸附的金纳米粒子即得具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体；
4)将经步骤3)处理的具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体加到银的盐溶液中，在加入还原剂过氧化氢磁力搅拌50分钟后，离心收集沉淀重悬于水中即得具备单分散性的银纳米壳的纳米球悬浮液。
[0025]实施例3具备单分散性的铜纳米壳的纳米球的制备
具备单分散性的金属纳米壳的纳米球为具有单分散性的有机或无机纳米球内核和金属纳米外层，所述金属纳米外层为铜纳米层。单分散性的有机或无机纳米球内核直径为250纳米，所述金属纳米外层厚度为250纳米。有机或无机纳米球为聚苯乙烯纳米球。
[0026]具备单分散性的金属纳米壳的纳米球的制备方法如下:
1)12 ml新鲜配置1 Μ的氢氧化钠加入750 ml水中，搅拌，紧接着加入500 μ 1四羟甲基氯化磷，磁力搅拌10分钟后50 ml 1%氯金酸加入混合液中，磁力搅拌30分钟即得疒3nm的金纳米颗粒,4°C避光保存；
2)将单分散的聚苯乙烯纳米球的乙醇悬浮液与250μ 1的3-氨丙基三乙氧基硅烷通过70°C搅拌2 h来氨基化，乙醇洗涤去除游离3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化纳米球。
[0027]3)将经步骤2)处理的氨基化纳米球加入步骤1)处理的金纳米颗粒，磁力搅拌30分钟后离心去除没有吸附的金纳米粒子即得具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体；
4)将经步骤3)处理的具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体加到铜的盐溶液中，在加入还原剂盐酸羟铵磁力搅拌30分钟后，离心收集沉淀重悬于水中即得具备单分散性的铜纳米壳的纳米球悬浮液(如图1所示)。
[0028]实施例4具备单分散性的钼纳米壳的纳米球的制备
与实施例1 一样，所不同的在于，步骤4)加入的是钼的盐溶液，得到的是具备单分散性的钼纳米壳的纳米球悬浮液，有机或无机纳米球为聚四氟乙烯纳米球。
[0029]实施例5具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备
1)将载玻片浸泡在体积比为0.1%的具有氨基或巯基的硅烷化试剂的乙醇溶液中0.5小时，再用乙醇洗涤；
2)将经步骤1)处理的载玻片在60°C条件下干燥处理60分钟；
3)将经步骤2)处理的载玻片与水平面间呈3°的角放置(如图2所示)，分别将1微升的实施例1中的浓度为lX106f/mL的具备单分散性的金纳米壳的纳米球悬浮液滴加到载玻片上，在4°C的条件下至液体蒸发干即可(如图3所示)。
[0030]实施例6
具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备
1)将载玻片浸泡在体积比为5%的具有氨基或巯基的硅烷化试剂的乙醇溶液中12小时,再用乙醇洗涤；
2)将经步骤1)处理的载玻片在120°C条件下干燥处理5分钟；
3)将经步骤2)处理的载玻片与水平面间呈45°的角放置，分别将500微升的实施例2中的浓度为lX101(lf/mL的具备单分散性的银纳米壳的纳米球悬浮液滴加到载玻片上，在45°C的条件下至液体蒸发干即可。
[0031]实施例7
具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备
1)将载玻片浸泡在体积比为2.5%的具有氨基或巯基的硅烷化试剂的乙醇溶液中6小时,再用乙醇洗涤；
2)将经步骤1)处理的载玻片在90°C条件下干燥处理30分钟；
3)将经步骤2)处理的载玻片与水平面间呈24°的角放置，分别将250微升的实施例3中的浓度为0.5X1010个/mL的具备单分散性的铜纳米壳的纳米球悬浮液滴加到载玻片上，在25°C的条件下至液体蒸发干即可。
[0032]实施例8 具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备
与实施例7基本一样，所不同的是采用的是实施例4的浓度为IX 108个/mL的具备单分散性的钼纳米壳的纳米球悬浮液制备而成的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基
。
[0033]实施例9
与实施例5基本一样，所不同的是采用的普通的单分散性的金纳米球悬浮液制备而成而成的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底。
[0034]实施例10
与实施例6基本一样，所不同的是采用的普通的单分散性的银纳米球悬浮液制备而成而成的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底。
[0035]实施例11
与实施例7基本一样，所不同的是采用的普通的单分散性的铜纳米球悬浮液制备而成而成的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底。
[0036]实施例12
与实施例8基本一样，所不同的是采用的普通的单分散性的钼纳米球悬浮液制备而成而成的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底。
[0037]实施例13 具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的神经特异性烯醇化酶检测标准曲线建立
用磷酸盐缓冲液(0.01 M，pH = 7.4)稀释标准的稀释神经特异性烯醇化酶，配置0.1，0.5，1,5,10，50，100，500，和1000毫微克/毫升的神经特异性烯醇化酶标准溶液。将含有
2μ?神经特异性烯醇化酶标准溶液5 μ? SERS探针(检测抗体修饰的金属纳米壳)的混合溶液滴加到捕捉抗体修饰的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底上温育40分钟。SERS探针会结合神经特异性烯醇化酶而被留在具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底上。没有结合神经特异性烯醇化酶的被洗涤除去，在空气中干燥后检测具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底上的表面增强拉曼光谱。根据SERS探针上标记分子592 cm-1处的强度，绘制神经特异性烯醇化酶检测标准曲线(如图6所示)。
[0038]实施例14 具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的血清中添加不同浓度神经特异性烯醇化酶检测
神经特异性烯醇化酶传感检测由两个步骤执行。首先，含有2 μ?分析物的样品缓冲液和5 μ? SERS探针(检测抗体修饰的金属纳米壳)的混合溶液滴加到捕捉抗体修饰的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底上温育40分钟。SERS探针会结合神经特异性烯醇化酶而被留在具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底上。没有结合神经特异性烯醇化酶的被洗涤除去，在空气中干燥后检测具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底上的表面增强拉曼光谱。根据SERS探针上标记分子592 cnT1处的强度，评判神经特异性烯醇化酶的含量(如图7所示)。
[0039]上述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
【权利要求】
1.一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底是由单分散性的球形金属纳米材料通过边际蒸发的方法进行组装而成。
2.根据权利要求1所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述单分散性的球形金属纳米材料为单分散性的金、银、铜、钼纳米球或具备单分散性的核壳结构的金属纳米球。
3.根据权利要求2所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述具备单分散性的核壳结构的金属纳米球为具有单分散性的有机或无机纳米球内核和金属纳米外层，所述金属纳米外层为金纳米层、银纳米层、铜纳米层或钼纳米层中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述单分散性的球形金属纳米材料直径为40-800纳米。
5.根据权利要求3所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述单分散性的有机或无机纳米球内核直径为20-500纳米，所述金属纳米外层厚度为20-500 纳米。
6.根据权利要求3所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述具备单分散性的核壳结构的金属纳米球的制备方法如下: 1)I?25ml新鲜配置IM的氢氧化钠加入500?1000 ml水中，搅拌，紧接着加入50-1000μ I四羟甲基氯化磷，磁力搅拌2-20分钟后得到混合液，5-100 ml 1%氯金酸加入混合液中，磁力搅拌1(Γ50分钟即得2?3 nm的金纳米颗粒，4°C避光保存； 2)将单分散的有机或无机纳米球的乙醇悬浮液与10(Γ400μI的3-氨丙基三乙氧基硅烷通过6(T80°C搅拌f 4 h来氨基化，乙醇洗涤去除游离3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化纳米球； 3)将经步骤2)处理的氨基化纳米球加入步骤I)处理的金纳米颗粒，磁力搅拌1(Γ50分钟后离心去除没有吸附的金纳米颗粒即得具备单分散性的核壳结构的金属纳米球的纳米球前体； 4)将经步骤3)处理的具备单分散性的金属纳米壳的纳米球前体加到金、银、铜或钼的盐溶液中，在加入还原剂磁力搅拌1(Γ50分钟后，离心收集沉淀重悬于水中即得具备单分散性的核壳结构的金属纳米球悬浮液。
7.根据权利要求3所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述有机或无机纳米球为二氧化硅纳米球、二氧化钛纳米球、聚苯乙烯纳米球，聚四氟乙烯纳米球。
8.根据权利要求6所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，所述步骤4)中的还原剂为甲醛、过氧化氢或盐酸羟铵。
9.权利要求Γ8任一项所述的一种具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于，所述制备方法为通过边际蒸发的方法，具体包括以下步骤: 1)将载玻片浸泡在体积比为0.1-5%的具有氨基或巯基的硅烷化试剂的乙醇溶液中0.5-12小时，再用乙醇洗涤； 2)将经步骤I)处理的载玻片在60-120°C条件下干燥处理5-60分钟； 3)将经步骤2)处理的载玻片与水平面间呈3-45°的角放置，将1-500微升的浓度为I X 16-1 X 101°个/mL的单分散性的球形金属纳米材料的悬浮液滴加到载玻片上，在4_45°C的条件下至液体蒸发干即得具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底。
10.权利要求Γ8任一项所述的具有晶体有序结构的表面增强拉曼散射基底在SERS信号检测方面的应用。
【文档编号】G01N21/65GK104330397SQ201410578179
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】董健, 谢溦, 郭明德, 钱卫平 申请人:东南大学