一种用于表面增强拉曼检测的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及拉曼检测领域，尤其涉及一种使用微流控薄片的用于表面增强拉曼检测的系统和方法。
【背景技术】
[0002]SERS (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，表面增强拉曼光谱)是一种分析检测分子信号的手段。与RS(Raman Spectroscopy，拉曼光谱)的信号强度相比，SERS的信号强度可提高14-1O6倍。因此，SERS已广泛应用于材料科学、表面化学、生物医学等领域。
[0003]SERS的高增强效应主要来自于贵金属基底(金、银)局域表面电磁场所产生的物理增强。现有技术中已经存在利用激光烧蚀制备的贵金属纳米颗粒作为SERS增强基底进行SERS检测的方法，以及利用电化学方法得到贵金属纳米颗粒作为SERS增强基底进行SERS检测的方法等。对构建表面增强拉曼检测的系统的研宄引起了业内人士极大的兴趣。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种用于表面增强拉曼检测的系统和方法，在样品量非常小的情况下实现表面增强拉曼检测。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种用于表面增强拉曼检测的系统，包括微流控薄片、用于向所述微流控薄片内注入液体的注射泵、以及用于对所述微流控薄片的液体进行拉曼信号检测的检测设备；其中:
[0006]所述微流控薄片包括:第一 Y型结构、第二 Y型结构和第三Y型结构，其中，所述第一 Y型结构具有第一入口、第二入口和第一出口，所述第二 Y型结构具有第三入口、第四入口和第二出口，所述第三Y型结构具有第五入口、第六入口和第三出口 ；所述第一入口、所述第二入口、所述第三入口和所述第四入口分别与所述注射泵流体连通；所述第一出口与所述第五入口流体连通，所述第二出口与所述第六入口流体连通；所述第三出口与所述微流控薄片的检测区域流体连通；
[0007]所述注射泵包括控制器，用于控制作为第一反应物的第一液体通过所述第一 Y型结构的任一入口注入所述微流控薄片，控制作为第二反应物的第二液体通过所述第二 Y型结构的任一入口注入所述微流控薄片，并且在注入所述第一液体和所述第二液体之后，控制作为冲洗剂的第三液体和包含待检测分子的第四液体分别通过所述第一 Y型结构的另一个入口和所述第二 Y型结构的另一个入口注入所述微流控薄片，冲洗掉在所述第一 Y型结构和所述第二Y型结构内的所述第一液体和所述第二液体的混合物；
[0008]所述检测设备包括激光器和拉曼光谱仪，所述激光器向所述微流控薄片发射激光，催化所述第一反应物和所述第二反应物发生反应生成贵金属，所述贵金属在所述微流控薄片内堆积，所述拉曼光谱仪检测所述待检测分子在堆积的所述贵金属的增强效果下的表面增强拉曼散射光谱。
[0009]优选的，所述第一反应物和所述第二反应物分别为硝酸银和使所述硝酸银发生还原反应而生成银的还原剂，所述堆积的贵金属为银颗粒。
[0010]优选的，所述第三液体为水。
[0011]优选的，所述控制器还用于控制所述第一液体和所述第二液体同时注入所述微流控薄片。
[0012]优选的，所述检测设备还包括显微镜，用于观察所述微流控薄片内的贵金属的堆积，使得所述拉曼光谱仪直接检测在堆积的贵金属上的所述待检测分子的表面增强拉曼散射光谱。
[0013]本发明还提供一种用于表面增强拉曼检测的方法，应用于如上所述的用于表面增强拉曼检测的系统，该方法包括:
[0014]通过所述微流控薄片的所述第一 Y型结构的任一入口将作为第一反应物的第一液体注入所述微流控薄片；
[0015]通过所述微流控薄片的所述第二 Y型结构的任一入口将作为第二反应物的第二液体注入所述微流控薄片；
[0016]将作为冲洗剂的第三液体和包含待检测分子的第四液体分别通过所述第一 Y型结构的另一入口和所述第二 Y型结构的另一入口注入所述微流控薄片，冲洗掉在所述第一Y型结构和所述第二 Y型结构内的所述第一液体和所述第二液体的混合物；
[0017]向所述微流控薄片发射激光，催化所述第一反应物和所述第二反应物发生反应生成贵金属，所述贵金属在所述微流控薄片内堆积；
[0018]通过拉曼光谱仪检测所述待检测分子在堆积的所述贵金属的增强效果下的表面增强拉曼散射光谱。
[0019]优选的，所述第一反应物和所述第二反应物分别为硝酸银和使所述硝酸银发生还原反应而生成银的还原剂，所述堆积的贵金属为银颗粒。
[0020]优选的，所述第三液体为水。
[0021]优选的，向所述微流控薄片内同时注入所述第一液体和所述第二液体。
[0022]优选的，该方法还包括:利用显微镜观察所述微流控薄片内的贵金属的堆积，直接检测在堆积的贵金属上的所述待检测分子的表面增强拉曼散射光谱。
[0023]通过利用本发明提供的系统和方法，利用微流控薄片实现了当样品量非常少时的表面增强拉曼检测，而且通过微流控薄片中的三个Y型结构避免了微流控薄片内大量杂质的存在，避免了杂质对表面增强拉曼检测效果的影响。
【附图说明】
[0024]图1为本发明所提供的用于表面增强拉曼检测的系统的结构示意图；
[0025]图2为本发明所提供的微流控薄片的结构以及其制作过程；
[0026]图3A-3E为使用微流控薄片避免杂质的使用过程；
[0027]图4为本发明所提供的用于表面增强拉曼检测的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0029]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0030]本发明提供一种用于表面增强拉曼检测的系统，如图1所示，该系统包括微流控薄片(Microfluidic Chip) 10、用于向所述微流控薄片内注入液体的注射泵20、以及用于对所述微流控薄片的液体进行拉曼信号检测的检测设备30。
[0031]如图2中33所示，微流控薄片10包括:第一 Y型结构11、第二 Y型结构12和第三Y型结构13。Y型结构的特征是沟道的结构类似于英文字母“Y”，两个入口沟道(即与入口连接的流入液体的2条沟道)之间呈锐角。其中，第一 Y型结构11包括第一入口、第二入口和第一出口，所述第二 Y型结构12具有第三入口、第四入口和第二出口，所述第三Y型结构13具有第五入口、第六入口和第三出口 ；所述第一入口、所述第二入口、所述第三入口和所述第四入口分别与所述注射泵20流体连通；所述第一出口与所述第五入口流体连通(即，所述第一 Y型结构的第一出口沟道为所述第三Y型结构的第五入口沟道)，所述第二出口与所述第六入口流体连通(即，所述第二 Y型结构的第二出口沟道为所述第三Y型结构的第六入口沟道)；所述出口与所述微流控薄片的检测区域14流体连通。可选的，如图2中所示，在所述第三出口与微流控薄片的检测区域之间还包括反应区15，优选的，该反应区包括多个弯曲且沟道总体长度较大，以便使得反应区内的反应物充分混合。
[0032]参考图2，微流控薄片10的制造过程如下。应当知晓，本文提供的示例都只是为了方便说明，而不用于将本发明限制到特定示例的目的。
[0033]根据本发明的微流控薄片10的结构，将微流控薄片的结构印在PDMS(Polydimethylsi1xane,聚二甲基娃氧烧)塑料上，这里使用的PDMS材料的长是40mm，宽是20mm，高度控制在4mm以内，保证所插管能稳定即可。假设计划使用外径3mm内径Imm的硅胶管，则提前在芯片的入口和出口处打出直径3mm的孔径，以便向微流控薄片内注入液体和从微流控薄片向外排出液体。由于芯片的长宽小于一般的载玻片长宽(75mm长25mm宽)，故将印有沟道结构的PDMS塑料一面键合在载玻片上。如图2所示，将印有沟道结构的PDMS塑料31和尺寸稍大的载玻片玻璃32键合在一起得到键合后的成品微流控薄片33。
[0034]回到图1，注射泵20包括控制器21，用于控制作为第一反应物的第一液体通过所述第一 Y型结构的任一入口注入所述微流控薄片，控制作为第二反应物的第二液体通过所述第二 Y型结构的任一入口注入所述微流控薄片，并且在注入所述第一液体和所述第二液体之后，控制作为冲洗剂的第三液体和包含待检测分子的第四液体分别通过所述第一 Y型结构的另一个入口和所述第二 Y型结构的另一个入口注入所述微流控薄片，冲洗掉在所述第一 Y型结构和所述第二 Y型结构内的所述第一液体和所述第二液体的混合液。
[0035]优选的，所述控制器21可以控制所述第一液体和所述第二液体同时注入所述微流控薄片。
[0036]其中，所述第一反应物和所述第二反应物例如分别为硝酸银22和使所述硝酸银发生还原反应而生成银的还原剂23，所述堆积的贵金属为银颗粒。所述第三液体24例如为水。所述分子为任意进行SERS检测的分子25，例如罗丹明分子。其中，还原剂23可以为弱还原剂，例如柠檬酸钠。
[0037]该注射泵20例如为兰格公司生产的TS-2A/L0107-2A型号。如上所述，注射泵20和微流控薄片10之间通过外径3mm、内径Imm的硅胶管链接，其他管线也可以，例如聚四氟管或者特氟龙管。
[0038]继续参考图1，所述检测设备30包括激光器(未示出)和拉曼光谱仪(未示出)。所述激光器向所述微流控薄片20发射激光，催化所述第一反应物和所述第二反应物发生反应生成贵金属，所述贵金属在所述微流控薄片内堆积，所述拉曼光谱仪检测所述待检测分子在堆积的所述贵金属的增强效果下的表面增强拉曼散射光谱。
[0039]该激光器可以根据实际需要确定。例如，可以使用长春新产业光电技术有限公司生产的MGL-1I1-532型号，532nm激光300uW，在光斑处产生银纳米还原物。本文