具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，所述具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底是由單分散性的球形納米材料通過邊際蒸發(fā)的方法進行組裝而成。本發(fā)明還公開了具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備方法及其應用。本發(fā)明與以前發(fā)明的SERS基底相比，本發(fā)明的SERS基底具有晶體一樣的高度有序結構。這樣，這種結構的SERS具有非常良好的均一性和可重復性的特性。在生物標志物的定量分析中有利于高精度定量檢測。
【專利說明】具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底及其應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種增強拉曼基底制備的【技術領域】，更具體地，涉及一種有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底及其制備方法和應用。

【背景技術】
[0002]表面增強拉曼散射(SERS)正在成為生物和醫(yī)學研究功能強大的分析工具。表面增強拉曼光譜的主要優(yōu)勢在于巨大的增強拉曼信號，從分析物的特征指紋光譜，可以從復雜樣品基質中排除非特異性分子干擾。然而，具有高靈敏度和重現(xiàn)性的SERS基質的低成本制造仍然是一個挑戰(zhàn)。為了獲得均勻地排列的SERS基底，不同的方法如光刻、噴墨印刷或共聚物模板組件已經采用。但是，也有在獲得高質量的SERS基底時，上述方法的再現(xiàn)性或簡單性方面仍有一定的困難。蒸發(fā)自組裝方法具有成本低、可重復性以及不需要的額外試劑盒耗材的優(yōu)點。因此，基于蒸發(fā)的制造陣列的各種方法已被使用。對流組裝已被用來引導良好有序的二維和三維聚苯乙烯組裝陣列。垂直沉積也提供了一種簡單的方法來組裝膠體晶體，造成規(guī)模大，從單層良好的重現(xiàn)性硅陣列的形成到多層膜。但是對于金屬納米材料，由于其密度難以使用上述該方法。


【發(fā)明內容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明的第一個目的是提供了一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底。本發(fā)明的第二個目的是提供了上述具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備方法。本發(fā)明的第三個目的是提供了一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底在SERS信號檢測方面的應用。
[0004]在本發(fā)明中，根據邊際蒸發(fā)效應制備了一種具有晶體有序結構的SERS基底，其具有優(yōu)異的表面增強拉曼散射性質、SERS信號均一性和可重復性等。制備方法具有操作簡單、不需要任何儀器設備及成本低等優(yōu)點。這種SERS基底是SERS檢測及相應傳感器開發(fā)的前提。
[0005]技術方案:為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，所述具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底是由單分散性的球形納米材料通過邊際蒸發(fā)的方法進行組裝而成。
[0006]進一步地，上述單分散性的球形納米材料為單分散性的金、銀、銅、鉬納米球或具備單分散性的金屬納米殼的納米球。
[0007]關于單分散性的金、銀、銅、鉬納米球的制備方法成熟，報道的也很多，以下列出部分參考文獻。參見參考文獻: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]進一步地，上述具備單分散性的金屬納米殼的納米球為具有單分散性的有機或無機納米球內核和金屬納米外層，所述金屬納米外層為金納米層、銀納米層、銅納米層或鉬納米層中的一種或幾種。
[0009]進一步地，上述單分散性的球形納米材料直徑為40-800納米。
[0010]進一步地，上述單分散性的有機或無機納米球內核直徑為20-500納米，所述金屬納米外層厚度為20-500納米。
[0011]進一步地，上述具備單分散性的金屬納米殼的納米球的制備方法如下:
1)廣2501新鮮配置11的氫氧化鈉加入500?1000 “水中，攪拌，緊接著加入50-1000^ 1四羥甲基氯化磷，磁力攪拌2-20分鐘后得到混合液，5-100 ^1 1%氯金酸加入混合液中，磁力攪拌10?50分鐘即得2?3 的金納米顆粒，41避光保存；
2)將單分散的有機或無機納米球的乙醇懸浮液與10010091的3-氨丙基三乙氧基硅烷通過6(^801攪拌廣4 11來氨基化，乙醇洗滌去除游離3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化納米球；
3)將經步驟2)處理的氨基化納米球加入步驟1)處理的金納米顆粒，磁力攪拌10飛0分鐘后離心去除沒有吸附的金納米顆粒即得具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體；
4)將經步驟3)處理的具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體加到金、銀、銅或鉬的鹽溶液中，在加入還原劑磁力攪拌10?50分鐘后，離心收集沉淀重懸于水中即得具備單分散性的金屬納米殼的納米球懸浮液。
[0012]進一步地，上述有機或無機納米球為二氧化娃納米球、二氧化鈦納米球、聚苯乙烯納米球，聚四氟乙烯納米球。
[0013]進一步地，上述步驟4)中的還原劑為甲醛、過氧化氫或鹽酸羥銨。
[0014]上述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備方法，所述制備方法為通過邊際蒸發(fā)的方法，具體包括以下步驟:
1)將載玻片浸泡在體積比為0.1-5%的具有氨基或巰基的硅烷化試劑的乙醇溶液中0.5-12小時，再用乙醇洗滌；
2)將經步驟1)處理的載玻片在60-1201條件下干燥處理5-60分鐘；
3)將經步驟2)處理的載玻片與水平面間呈3-45。的角放置，將1-500微升的單分散性的濃度為1 X 106~1 X 101°個/11^的球形納米材料的懸浮液滴加到載玻片上，在4-451的條件下至液體蒸發(fā)干即可。
[0015]上述的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底在32舊信號檢測方面的應用。
[0016]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明與以前發(fā)明的32“基底相比，基于本發(fā)明的基底是由單分散性球形金屬納米材料組裝而成，具有晶體的一樣的高度有序結構，作為32舊材料具有非常良好的均一性和可重復性的特性，這一點對于32“基底材料而言尤為重要。
[0017](2)與現(xiàn)有的32舊基底制備技術相比，本發(fā)明通過邊際蒸發(fā)效應制備具有晶體的高度有序結構的32舊基底，操作簡單，不需要額外的儀器設備，最為重要的是成本底。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1(八)單分散性的空心銅納米球的消光光譜及掃描電鏡圖片；(8)單分散性的空心銅納米球的粒徑統(tǒng)計直方圖；
圖2具有晶體的聞度有序結構的321^3基底制備的不意圖；
圖3金納米殼懸浮液液滴干燥后的321圖像:匕)大視野的321圖，其中視野中新月形的區(qū)域為具有晶體的高度有序結構的32舊基底，其他為無序的金納米殼排列區(qū)域(插圖是一個典型的干滴直徑4毫米的光學照片)，(^)為具有晶體的高度有序結構的32舊基底和無序的金納米殼排列區(qū)域的邊界(0無序的金納米殼排列放大的321圖，(0)具有晶體的高度有序結構的3現(xiàn)3基底放大的321圖；
圖4為制備的鉬納米球組裝的具有晶體的聞度有序結構的31^3基底和無序的鉬納米球排列區(qū)域在不同激發(fā)光源激發(fā)的尼羅藍八的32“光譜，表明具有晶體的高度有序結構的33尺3基底的增強效果好于無序的鉬納米球排列區(qū)域(￡1:785 11111, 13:632咖，。:533鹽)；圖5為制備的銅納米殼組裝的具有晶體的聞度有序結構的基底和無序的銅納米殼排列區(qū)域在785 11111激發(fā)光條件下增強效果的拉曼成像，表明具有晶體的高度有序結構的32舊基底的增強均一性好于無序的排列區(qū)域(￡1:具有晶體的高度有序結構的321^基底的拉曼成像圖，13:具有晶體的高度有序結構的3現(xiàn)3基底信號最低的3現(xiàn)3光譜，(3:具有晶體的高度有序結構的32舊基底信號最高的321^光譜，(1:無序的銅納米殼排列區(qū)域拉曼成像圖，6:無序的銅納米殼排列區(qū)域信號最低的32舊光譜，卜無序的銅納米殼排列區(qū)域信號最高的321^光譜)；
圖6具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的神經特異性烯醇化酶檢測標準曲線匕:不同濃度神經特異性烯醇化酶對應的32舊光譜，6:標準曲線)；
圖7具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底檢測的血清中不同濃度神經特異性烯醇化酶添加檢測圖；361*11111是血清。

【具體實施方式】
[0019]實施例1:具備單分散性的金納米殼的納米球的制備
具備單分散性的金屬納米殼的納米球為具有單分散性的有機或無機納米球內核和金屬納米外層，所述金屬納米外層為金納米層。單分散性的有機或無機納米球內核直徑為20納米，所述金屬納米外層厚度為20納米。有機或無機納米球為二氧化硅納米球。
[0020]具備單分散性的金納米殼的納米球的制備方法如下:
1)11111新鮮配置11的氫氧化鈉加入500 “水中，攪拌，緊接著加入50 9 1四羥甲基氯化磷，磁力攪拌2分鐘后51111 1%氯金酸加入混合液中，磁力攪拌10分鐘即得2?3 11111的金納米顆粒，41避光保存；
2)將單分散的二氧化硅納米球的乙醇懸浮液與1009 1的3-氨丙基三乙氧基硅烷通過601攪拌4 1！來氨基化，乙醇洗滌去除游離3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化納米球。
[0021]3)將經步驟2)處理的氨基化納米球加入步驟1)處理的金納米顆粒，磁力攪拌10分鐘后離心去除沒有吸附的金納米粒子即得具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體；
4)將經步驟3)處理的具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體加到金的鹽溶液中，在加入還原劑甲醛磁力攪拌10分鐘后，離心收集沉淀重懸于水中即得具備單分散性的金納米殼的納米球懸浮液。
[0022]實施例2 具備單分散性的銀納米殼的納米球的制備具備單分散性的金屬納米殼的納米球為具有單分散性的有機或無機納米球內核和金屬納米外層，所述金屬納米外層為銀納米層。單分散性的有機或無機納米球內核直徑為500納米，所述金屬納米外層厚度為500納米。有機或無機納米球為二氧化鈦納米球。
[0023]具備單分散性的金屬納米殼的納米球的制備方法如下:
1)25 ml新鮮配置1M的氫氧化鈉加入1000 ml水中，攪拌，緊接著加入1000 μ 1四羥甲基氯化磷，磁力攪拌20分鐘后100 ml 1%氯金酸加入混合液中，磁力攪拌50分鐘即得2^3 nm的金納米顆粒,4 °C避光保存；
2)將單分散的二氧化鈦納米球的乙醇懸浮液與400μ 1的3-氨丙基三乙氧基硅烷通過80°C攪拌4 h來氨基化，乙醇洗滌去除游離3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化納米球。
[0024]3)將經步驟2)處理的氨基化納米球加入步驟1)處理的金納米顆粒，磁力攪拌50分鐘后離心去除沒有吸附的金納米粒子即得具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體；
4)將經步驟3)處理的具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體加到銀的鹽溶液中，在加入還原劑過氧化氫磁力攪拌50分鐘后，離心收集沉淀重懸于水中即得具備單分散性的銀納米殼的納米球懸浮液。
[0025]實施例3具備單分散性的銅納米殼的納米球的制備
具備單分散性的金屬納米殼的納米球為具有單分散性的有機或無機納米球內核和金屬納米外層，所述金屬納米外層為銅納米層。單分散性的有機或無機納米球內核直徑為250納米，所述金屬納米外層厚度為250納米。有機或無機納米球為聚苯乙烯納米球。
[0026]具備單分散性的金屬納米殼的納米球的制備方法如下:
1)12 ml新鮮配置1 Μ的氫氧化鈉加入750 ml水中，攪拌，緊接著加入500 μ 1四羥甲基氯化磷，磁力攪拌10分鐘后50 ml 1%氯金酸加入混合液中，磁力攪拌30分鐘即得疒3nm的金納米顆粒,4°C避光保存；
2)將單分散的聚苯乙烯納米球的乙醇懸浮液與250μ 1的3-氨丙基三乙氧基硅烷通過70°C攪拌2 h來氨基化，乙醇洗滌去除游離3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化納米球。
[0027]3)將經步驟2)處理的氨基化納米球加入步驟1)處理的金納米顆粒，磁力攪拌30分鐘后離心去除沒有吸附的金納米粒子即得具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體；
4)將經步驟3)處理的具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體加到銅的鹽溶液中，在加入還原劑鹽酸羥銨磁力攪拌30分鐘后，離心收集沉淀重懸于水中即得具備單分散性的銅納米殼的納米球懸浮液(如圖1所示)。
[0028]實施例4具備單分散性的鉬納米殼的納米球的制備
與實施例1 一樣，所不同的在于，步驟4)加入的是鉬的鹽溶液，得到的是具備單分散性的鉬納米殼的納米球懸浮液，有機或無機納米球為聚四氟乙烯納米球。
[0029]實施例5具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備
1)將載玻片浸泡在體積比為0.1%的具有氨基或巰基的硅烷化試劑的乙醇溶液中0.5小時，再用乙醇洗滌；
2)將經步驟1)處理的載玻片在60°C條件下干燥處理60分鐘；
3)將經步驟2)處理的載玻片與水平面間呈3°的角放置(如圖2所示)，分別將1微升的實施例1中的濃度為lX106f/mL的具備單分散性的金納米殼的納米球懸浮液滴加到載玻片上，在4°C的條件下至液體蒸發(fā)干即可(如圖3所示)。
[0030]實施例6
具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備
1)將載玻片浸泡在體積比為5%的具有氨基或巰基的硅烷化試劑的乙醇溶液中12小時,再用乙醇洗滌；
2)將經步驟1)處理的載玻片在120°C條件下干燥處理5分鐘；
3)將經步驟2)處理的載玻片與水平面間呈45°的角放置，分別將500微升的實施例2中的濃度為lX101(lf/mL的具備單分散性的銀納米殼的納米球懸浮液滴加到載玻片上，在45°C的條件下至液體蒸發(fā)干即可。
[0031]實施例7
具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備
1)將載玻片浸泡在體積比為2.5%的具有氨基或巰基的硅烷化試劑的乙醇溶液中6小時,再用乙醇洗滌；
2)將經步驟1)處理的載玻片在90°C條件下干燥處理30分鐘；
3)將經步驟2)處理的載玻片與水平面間呈24°的角放置，分別將250微升的實施例3中的濃度為0.5X1010個/mL的具備單分散性的銅納米殼的納米球懸浮液滴加到載玻片上，在25°C的條件下至液體蒸發(fā)干即可。
[0032]實施例8 具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備
與實施例7基本一樣，所不同的是采用的是實施例4的濃度為IX 108個/mL的具備單分散性的鉬納米殼的納米球懸浮液制備而成的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基
。
[0033]實施例9
與實施例5基本一樣，所不同的是采用的普通的單分散性的金納米球懸浮液制備而成而成的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底。
[0034]實施例10
與實施例6基本一樣，所不同的是采用的普通的單分散性的銀納米球懸浮液制備而成而成的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底。
[0035]實施例11
與實施例7基本一樣，所不同的是采用的普通的單分散性的銅納米球懸浮液制備而成而成的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底。
[0036]實施例12
與實施例8基本一樣，所不同的是采用的普通的單分散性的鉬納米球懸浮液制備而成而成的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底。
[0037]實施例13 具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的神經特異性烯醇化酶檢測標準曲線建立
用磷酸鹽緩沖液(0.01 M，pH = 7.4)稀釋標準的稀釋神經特異性烯醇化酶，配置0.1，0.5，1,5,10，50，100，500，和1000毫微克/毫升的神經特異性烯醇化酶標準溶液。將含有
2μ?神經特異性烯醇化酶標準溶液5 μ? SERS探針(檢測抗體修飾的金屬納米殼)的混合溶液滴加到捕捉抗體修飾的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底上溫育40分鐘。SERS探針會結合神經特異性烯醇化酶而被留在具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底上。沒有結合神經特異性烯醇化酶的被洗滌除去，在空氣中干燥后檢測具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底上的表面增強拉曼光譜。根據SERS探針上標記分子592 cm-1處的強度，繪制神經特異性烯醇化酶檢測標準曲線(如圖6所示)。
[0038]實施例14 具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的血清中添加不同濃度神經特異性烯醇化酶檢測
神經特異性烯醇化酶傳感檢測由兩個步驟執(zhí)行。首先，含有2 μ?分析物的樣品緩沖液和5 μ? SERS探針(檢測抗體修飾的金屬納米殼)的混合溶液滴加到捕捉抗體修飾的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底上溫育40分鐘。SERS探針會結合神經特異性烯醇化酶而被留在具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底上。沒有結合神經特異性烯醇化酶的被洗滌除去，在空氣中干燥后檢測具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底上的表面增強拉曼光譜。根據SERS探針上標記分子592 cnT1處的強度，評判神經特異性烯醇化酶的含量(如圖7所示)。
[0039]上述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
【權利要求】
1.一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底是由單分散性的球形金屬納米材料通過邊際蒸發(fā)的方法進行組裝而成。
2.根據權利要求1所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述單分散性的球形金屬納米材料為單分散性的金、銀、銅、鉬納米球或具備單分散性的核殼結構的金屬納米球。
3.根據權利要求2所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述具備單分散性的核殼結構的金屬納米球為具有單分散性的有機或無機納米球內核和金屬納米外層，所述金屬納米外層為金納米層、銀納米層、銅納米層或鉬納米層中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述單分散性的球形金屬納米材料直徑為40-800納米。
5.根據權利要求3所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述單分散性的有機或無機納米球內核直徑為20-500納米，所述金屬納米外層厚度為20-500 納米。
6.根據權利要求3所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述具備單分散性的核殼結構的金屬納米球的制備方法如下: 1)I?25ml新鮮配置IM的氫氧化鈉加入500?1000 ml水中，攪拌，緊接著加入50-1000μ I四羥甲基氯化磷，磁力攪拌2-20分鐘后得到混合液，5-100 ml 1%氯金酸加入混合液中，磁力攪拌1(Γ50分鐘即得2?3 nm的金納米顆粒，4°C避光保存； 2)將單分散的有機或無機納米球的乙醇懸浮液與10(Γ400μI的3-氨丙基三乙氧基硅烷通過6(T80°C攪拌f 4 h來氨基化，乙醇洗滌去除游離3-氨丙基三乙氧基硅烷即得氨基化納米球； 3)將經步驟2)處理的氨基化納米球加入步驟I)處理的金納米顆粒，磁力攪拌1(Γ50分鐘后離心去除沒有吸附的金納米顆粒即得具備單分散性的核殼結構的金屬納米球的納米球前體； 4)將經步驟3)處理的具備單分散性的金屬納米殼的納米球前體加到金、銀、銅或鉬的鹽溶液中，在加入還原劑磁力攪拌1(Γ50分鐘后，離心收集沉淀重懸于水中即得具備單分散性的核殼結構的金屬納米球懸浮液。
7.根據權利要求3所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述有機或無機納米球為二氧化硅納米球、二氧化鈦納米球、聚苯乙烯納米球，聚四氟乙烯納米球。
8.根據權利要求6所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底，其特征在于，所述步驟4)中的還原劑為甲醛、過氧化氫或鹽酸羥銨。
9.權利要求Γ8任一項所述的一種具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底的制備方法，其特征在于，所述制備方法為通過邊際蒸發(fā)的方法，具體包括以下步驟: 1)將載玻片浸泡在體積比為0.1-5%的具有氨基或巰基的硅烷化試劑的乙醇溶液中0.5-12小時，再用乙醇洗滌； 2)將經步驟I)處理的載玻片在60-120°C條件下干燥處理5-60分鐘； 3)將經步驟2)處理的載玻片與水平面間呈3-45°的角放置，將1-500微升的濃度為I X 16-1 X 101°個/mL的單分散性的球形金屬納米材料的懸浮液滴加到載玻片上，在4_45°C的條件下至液體蒸發(fā)干即得具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底。
10.權利要求Γ8任一項所述的具有晶體有序結構的表面增強拉曼散射基底在SERS信號檢測方面的應用。
【文檔編號】G01N21/65GK104330397SQ201410578179
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)明者】董健, 謝溦, 郭明德, 錢衛(wèi)平 申請人:東南大學