本發(fā)明屬于基底領(lǐng)域,具體涉及一種用于檢測的基底系統(tǒng),特別地,涉及一種用于表面增強(qiáng)拉曼散射的基底系統(tǒng)及其制備方法。
背景技術(shù):
表面增強(qiáng)拉曼散射(surface-enhancedramanscattering,sers)是指用通常的拉曼光譜法測定吸附在膠質(zhì)金屬顆粒如銀、金或銅表面的樣品,或吸附在這些金屬片的粗糙表面上的樣品,該技術(shù)又稱為sers光譜技術(shù)。其中,sers光譜技術(shù)克服了常規(guī)拉曼光譜檢測靈敏度低、易受熒光干擾等缺點(diǎn),其拉曼光譜的強(qiáng)度可提高103~106倍,并且對液體樣品的濃度檢測也可達(dá)到10-14mol/l以下。
而該技術(shù)的原理是金屬顆粒表面的電子與吸附的樣品分子產(chǎn)生耦合作用達(dá)到共振,從而增大拉曼散射面積,提高拉曼強(qiáng)度,因此金屬顆粒(如銀、金或銅)對于sers技術(shù)至關(guān)重要,而一般所述金屬顆粒會負(fù)載在基底上形成基底系統(tǒng)。
目前常用的制備sers技術(shù)基底系統(tǒng)的方法包括電化學(xué)粗糙化法、溶膠法、真空蒸鍍膜以及化學(xué)刻蝕和化學(xué)沉積貴金屬的活性基底。但是這些自組裝活性基底提供的表面粗糙度、規(guī)整度以及粒子表面化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性難以控制因而影響了吸附分子光譜的穩(wěn)定性、均一性和重復(fù)性,并且對拉曼強(qiáng)度的增強(qiáng)效果并不是很明顯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了解決上述問題,本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究,以筒形駐極體為 主體,在筒形駐極體上設(shè)置有活性區(qū)域,在活性區(qū)域上光刻凹槽,并在凹槽內(nèi)填充活性物質(zhì),同時(shí)在筒形駐極體上安裝有控制駐極體形變的調(diào)節(jié)桿,得到一種用于表面增強(qiáng)拉曼散射的基底系統(tǒng),該基底系統(tǒng)穩(wěn)定性高,對拉曼信號的增強(qiáng)效果好。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于表面增強(qiáng)拉曼散射的基底系統(tǒng),具體體現(xiàn)在以下方面:
(1)一種用于表面增強(qiáng)拉曼散射的基底系統(tǒng),其中,所述基底系統(tǒng)包括駐極體1和活性物質(zhì)2,其中,
在所述駐極體1上設(shè)置有活性區(qū)域11。
(2)根據(jù)上述(1)所述的基底系統(tǒng),其中,
在所述活性區(qū)域11上開設(shè)有凹槽,所述活性物質(zhì)2填充于凹槽內(nèi),優(yōu)選
所述凹槽為規(guī)則排布,更優(yōu)選
所述凹槽采用光刻制成。
(3)根據(jù)上述(1)或(2)所述的基底系統(tǒng),其中,
所述活性區(qū)域11優(yōu)選用于負(fù)載活性物質(zhì)2;和/或
所述活性物質(zhì)2優(yōu)選用于負(fù)載被檢測的樣品;和/或
所述活性材料為納米貴金屬,例如納米金、納米銀和納米銅,優(yōu)選為納米銀;
(4)根據(jù)上述(1)至(3)之一所述的基底系統(tǒng),其中,所述駐極體為高分子材料,例如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、含氟聚合物,優(yōu)選含氟聚合物,更優(yōu)選聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯;
(5)根據(jù)上述(1)至(4)之一所述的基底系統(tǒng),其中,
所述駐極體呈筒形,所述筒形的兩端為橢圓形,和/或
在所述駐極體1上設(shè)置有調(diào)節(jié)桿12、固定螺母13和調(diào)節(jié)螺母14,優(yōu)選所述固定螺母13和調(diào)節(jié)螺母14分別設(shè)置在調(diào)節(jié)桿12的兩端,尤其是用于與調(diào)節(jié)桿12配合;
(6)根據(jù)上述(1)至(5)之一所述的基底系統(tǒng),其中,所述調(diào)節(jié)桿12設(shè)置在活性區(qū)域11的兩側(cè)、且穿插過筒形的駐極體1,用于控制駐極體1的形變,和/或
所述調(diào)節(jié)桿(12)為兩個(gè)或兩個(gè)以上,優(yōu)選為四個(gè);
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備上述基底系統(tǒng)的方法,具體體現(xiàn)在以下方面:
(7)一種制備上述(1)至(6)之一所述的用于表面增強(qiáng)拉曼散射的基底系統(tǒng)的方法,其中,該方法包括以下步驟:
步驟1、在駐極體1的活性區(qū)域上進(jìn)行光刻,得到凹槽,優(yōu)選該凹槽是規(guī)則的,并對凹槽進(jìn)行等離子體表面處理,
步驟2、在凹槽內(nèi)填充活性物質(zhì),
步驟3、對活性物質(zhì)的表面進(jìn)行表面處理,優(yōu)選進(jìn)行等離子體表面處理,
步驟4、對駐極體進(jìn)行注極;
(8)根據(jù)上述(7)所述的方法,其中,
步驟2中,所述活性物質(zhì)為納米貴金屬,例如納米金、納米銀和納米銅,優(yōu)選納米銀;和/或
步驟2包括以下子步驟:
步驟2-1、將活性物質(zhì)分散在水中,配成水性漿料,
步驟2-2、將步驟2-1制成的水性漿料填充于凹槽內(nèi),優(yōu)選采用旋涂或提拉進(jìn)行鍍膜,
步驟2-3、20~40℃下進(jìn)行干燥;
(9)根據(jù)上述(7)或(8)所述的方法,其中,在步驟3之后,重復(fù)操作步驟2和步驟3兩至五次,優(yōu)選三次;
(10)根據(jù)上述(1)至(6)之一所述的基底系統(tǒng)或者根據(jù)上述(7)至(9)之一所述方法制得的基底系統(tǒng)的用途,用于表面增強(qiáng)拉曼散射。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的基底系統(tǒng)的俯視圖;
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的基底系統(tǒng)的后視圖;
圖3示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的駐極體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明,本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說明而變得更為清楚、明確。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于表面增強(qiáng)拉曼散射的基底系統(tǒng),如圖1、圖2所示,該基底系統(tǒng)包括駐極體1和活性物質(zhì)2,所述駐極體1作為主體,在所述駐極體1上設(shè)置有活性區(qū)域11,用于負(fù)載活性物質(zhì)2,所述活性物質(zhì)2用于負(fù)載被檢測的樣品。
其中,活性物質(zhì)2位于駐極體1的活性區(qū)域11上,在進(jìn)行檢測時(shí),將被測樣品放在活性物質(zhì)2的表面進(jìn)行檢測,即在檢測時(shí),自下而上依次是駐極體1的活性區(qū)域11、活性物質(zhì)2和被測樣品。所述駐極體1為在強(qiáng)外電場等因素作用下,極化并能“永久”或長期保持極化狀態(tài)的電解質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述活性物質(zhì)2為納米貴金屬。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述活性物質(zhì)2為納米金、納米銀或納米銅。
在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述活性物質(zhì)2為納米銀。
其中,當(dāng)采用納米貴金屬作為襯底負(fù)載樣品時(shí),易于與樣品之間產(chǎn)生表面吸附,從而使金屬表面的電子與吸附分子產(chǎn)生耦合作用達(dá)到共振,從而增大拉曼散射面積,因此吸附分子的拉曼信號會大為增強(qiáng),能夠檢測吸附在貴金屬表面的單分子層,給出表面分子的結(jié)構(gòu)信息。
在本發(fā)明中,將納米貴金屬設(shè)置于駐極體1上,駐極體1上的電子會遷移到納米貴金屬上,使納米貴金屬富集電子,一方面,使貴金屬的表面電場增強(qiáng),從而進(jìn)一步使表面拉曼增強(qiáng),得到更強(qiáng)的拉曼信號;另一方面,電子可以還原位于表面的易氧化的納米貴金屬,使其保持良好的化學(xué)性能;再一方面,由于電子間的相互排斥作用使得納米貴金屬之間不易團(tuán)聚,保持良好的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在活性區(qū)域11上開設(shè)有凹槽,所述凹槽為規(guī)則排布的凹槽。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述凹槽采用光刻制成。
在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,在所述凹槽內(nèi)填充有活性物質(zhì)2。
其中,通過凹槽使活性物質(zhì)2嵌入駐極體1中,與駐極體1直接接觸。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述駐極體1為高分子材料,例如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、含氟聚合物。
在本發(fā)明中,對高分子材料進(jìn)行處理使其內(nèi)部永久帶電,從而形成駐極體1,所述處理優(yōu)選進(jìn)行注極。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述駐極體1為含氟聚合物。
在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述駐極體1為聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯。
其中,含氟聚合物具有很強(qiáng)的電子捕獲能力,能夠保證駐極體1內(nèi)部長期帶電,保持其性能穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,如圖3所示,所述駐極體1呈筒形,所述筒形的兩端為橢圓形。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,如圖1、圖2所示,在所述駐極體1上設(shè)置有調(diào)節(jié)桿12、固定螺母13和調(diào)節(jié)螺母14。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述固定螺母13和調(diào)節(jié)螺母14分別設(shè)置在調(diào)節(jié)桿12的兩端,用于與調(diào)節(jié)桿12配合。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,如圖1、圖2所示,所述調(diào)節(jié)桿12設(shè)置在活性區(qū)域11的兩側(cè)、且穿過筒形的駐極體1,用于控制駐極體1的形變。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,如圖2所示,所述調(diào)節(jié)桿12為兩個(gè)或兩個(gè)以上,優(yōu)選為四個(gè)。
其中,轉(zhuǎn)動(擰緊)調(diào)節(jié)螺母14,駐極體1會被擠壓而發(fā)生形變, 此時(shí),駐極體捕捉的電子會往表面遷移,因此,會為活性物質(zhì)2提供更豐富的電子,使納米貴金屬的表面電場更強(qiáng),從而更進(jìn)一步使表面拉曼增強(qiáng),得到很強(qiáng)的拉曼信號。并且,通過調(diào)節(jié)駐極體1的形變量可以調(diào)節(jié)納米貴金屬的表面電場強(qiáng)度,從而對拉曼信號強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。而當(dāng)形變恢復(fù)后,電子又能還原回駐極體1內(nèi)部,并且能夠長期保存。
本發(fā)明還提供了一種制備上述基底系統(tǒng)的方法,其中,該方法包括以下步驟:
步驟1、在駐極體1的活性區(qū)域11上進(jìn)行光刻,得到規(guī)則的凹槽,并對凹槽進(jìn)行等離子體表面處理;
步驟2、在凹槽內(nèi)填充活性物質(zhì)2;
步驟3、對活性物質(zhì)2的表面進(jìn)行等離子體表面處理;
步驟4、對駐極體1進(jìn)行注極。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在步驟1中,所述駐極體1為高分子材料,例如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、含氟聚合物。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述駐極體1為含氟聚合物。
在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述駐極體1為聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在步驟1中,所述駐極體1呈筒形,所述筒形的兩端為橢圓形。
其中,筒形的駐極體1可以直接通過注塑成型制得。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在步驟1中,所述凹槽的參數(shù)可控,可以根據(jù)需要對凹槽進(jìn)行設(shè)計(jì)。
其中,在步驟1中,采用等離子體對凹槽的表面進(jìn)行處理,不僅 可以去除表面的雜質(zhì)而且可以進(jìn)一步處理出微小的凹坑面,有利于后續(xù)對活性物質(zhì)2的吸附。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在步驟2中,所述活性物質(zhì)2為納米貴金屬。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,在步驟2中,所述活性物質(zhì)2為納米金、納米銀或納米銅。
在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,在步驟2中,所述活性物質(zhì)2為納米銀。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述步驟2包括以下子步驟:
步驟2-1、將活性物質(zhì)2分散在水中,配成水性漿料;
步驟2-2、將步驟2-1制成的水性漿料填充于凹槽內(nèi),優(yōu)選采用旋涂或提拉進(jìn)行鍍膜;
步驟2-3、20~40℃下進(jìn)行干燥。
其中,在步驟2-1中,水性漿料的濃度不能太小,濃度太小所含有的納米貴金屬含量太少,對放大檢測信號作用不大;濃度太高時(shí),納米貴金屬易團(tuán)聚,且流動性不好。而對于具體濃度則沒有特殊要求,只要良好分散且能較好流動即可。
在步驟3中,對填充好的活性物質(zhì)2的表面進(jìn)行等離子體表面處理,該過程既可以除掉雜質(zhì)以及多余的松散的活性物質(zhì)2,同時(shí)又有利于提升活性物質(zhì)2粒子間的結(jié)合力,從而提高其穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在步驟3之后,重復(fù)操作步驟2和步驟3兩至五次,優(yōu)選三次。
根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式,在步驟4中,所述注極如下進(jìn) 行:在針極電極與駐極體1的表面距離為2~5cm時(shí),施以-15kv的針極電壓,于20~30℃下注極3min。
其中,注極的目的是使高分子材料富集電子成為駐極體1。
根據(jù)本發(fā)明所提供的基底系統(tǒng)或者根據(jù)本發(fā)明所提供的方法制得的基底系統(tǒng),可以用于表面增強(qiáng)拉曼散射。
本發(fā)明的有益效果包括:
(1)本發(fā)明所提供的基底系統(tǒng)采用納米金屬負(fù)載被測樣品,能夠放大樣品的拉曼信號,并且可以用于痕量測試;
(2)本發(fā)明所提供的基底系統(tǒng)采用駐極體1負(fù)載納米金屬,其中,駐極體1中的電子可以遷移到納米金屬中,進(jìn)一步放大樣品的拉曼信號;
(3)本發(fā)明所采用的駐極體1表面的電子可以還原易氧化的活性物質(zhì),有利于活性物質(zhì)2保持活性;
(4)本發(fā)明所采用的駐極體1可以發(fā)生形變,在發(fā)生形變時(shí),其捕捉的電子會向駐極體1表面移動,使表面電子增多,為納米金屬提供更豐富的電子,更進(jìn)一步起到拉曼增強(qiáng)的作用;
(5)本發(fā)明所采用的駐極體1在形變恢復(fù)后其電子又能再次還原到其體內(nèi),且能長期保存,因此能夠方便地為表面拉曼增強(qiáng)提供電場,應(yīng)用十分方便;
(6)可以通過調(diào)節(jié)駐極體1的形變調(diào)節(jié)其表面電場大小,繼而調(diào)節(jié)活性物質(zhì)2表面的電場,實(shí)現(xiàn)對拉曼強(qiáng)度進(jìn)行控制。
以上結(jié)合具體實(shí)施方式和范例性實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明, 不過這些說明并不能理解為對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解,在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下,可以對本發(fā)明技術(shù)方案及其實(shí)施方式進(jìn)行多種等價(jià)替換、修飾或改進(jìn),這些均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。