基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底及制备方法技术

本发明专利技术公开基于粒子‑波导耦合结构的拉曼散射增强基底，包括玻璃底片、银膜、PMMA溶液层、金属纳米棒，所述银膜设置于所述玻璃底片的上方，所述PMMA溶液层与所述金属纳米棒设置于所述银膜的上方。本发明专利技术还公开基于粒子‑波导耦合结构的拉曼散射增强基底的制备方法，包括如下步骤：制作粒子‑波导耦合结构；激光拉曼光谱仪的激光器输出的激光束照射到粒子‑波导耦合结构上；设置测试参数；调整粒子‑波导耦合结构的待测区域，等待激光拉曼光谱仪测量相关信号。本发明专利技术的拉曼增强的机理不同于一般的表面拉曼增强技术，而是采用金属纳米粒子的局域场与波导结构的导模场相互之间的共振效应来实现增强，本发明专利技术提出的增强效应的存在的与实验结果相吻合。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底及制备方法
本专利技术涉及基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底及制备方法，属于表面增强拉曼散射检测

技术介绍
自从Fleischmann等人在1974年对光滑银电极表面进行粗糙化处理后,首次获得吸附在银电极表面上单分子层吡啶分子的高质量的拉曼光谱后，表面增强拉曼(SERS)克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点,可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息，被广泛用于表面研究、吸附界面表面状态研究、生物大小分子的界面取向及构型、构象研究、结构分析等，可以有效分析化合物在界面的吸附取向、吸附态的变化、界面信息等。但是，另一方面，仅有金、银、铜三种金属和少数极不常用的碱金属(如锂、钠等)具有强SERS效应，金、银、铜金属尚需表面粗糙化处理之后才具有高SERS活性。同时SERS基底的制备一直是SERS技术最重要的研究领域，而且对于扩大SERS的研究范围和应用领域起着重要的作用，因此如何制备一个好的SERS基底对研究SERS的增强机理具有重要意义。
技术实现思路
为解决现有制备基底技术的不足，本专利技术的目的在于提供基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底及制备方法，通过粒子的表面局域场更好的激发在PMMA结构中的波导的导模的模场，而该波导模式的模场在PMMA层厚度满足位相匹配条件时达到最大，而此时波导的导模场也会反过来激发金属纳米粒子的局域场，从而增强测试样品的拉曼效应，使拉曼表面增强，基底制备简单，操作方便，并能实现SERS信号增强。本专利技术采用如下技术方案：基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，包括玻璃底片、银膜、PMMA溶液层、金属纳米棒，所述银膜设置于所述玻璃底片的上方，所述PMMA溶液层与所述金属纳米棒设置于所述银膜的上方。作为一种较佳的实施例，本专利技术还包括探测分子，探测分子与所述PMMA溶液层、金属纳米棒通过甩膜法固定在银膜上，探测分子通过探测信号来表征制备的基底的好坏，探测到的信号越强，表征制备的基底越好。作为一种较佳的实施例，金属纳米棒采用金纳米棒。作为一种较佳的实施例，探测分子采用国药集团化学试剂有限公司的10-4Mol/L的结晶紫溶液。作为一种较佳的实施例，银膜采用蒸发镀膜法镀在玻璃底片上。本专利技术还提出基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤SS1：制备金属纳米棒，准备银衬底，准备结晶紫样品和PMMA溶液，然后通过甩膜法制作粒子-波导耦合结构；步骤SS2：选择激光拉曼光谱仪，所述激光拉曼光谱仪的激光器输出的激光束照射到所述粒子-波导耦合结构上，采用金属纳米棒的局域场与所述粒子-波导耦合结构的导模场相互之间的共振效应来获得基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底；通过粒子的表面局域场激发在PMMA溶液层结构中的波导的导模的模场，该波导的导模的模场在PMMA溶液层厚度满足位相匹配条件时达到最大，而此时波导的导模场也会反过来激发金属纳米粒子的局域场，从而增强测试样品的拉曼效应；步骤SS3：设置测试参数：积分时间和分辨率，调整激光器发出的激光功率；步骤SS4：调整所述粒子-波导耦合结构的待测区域，等待激光拉曼光谱仪测量相关信号。作为一种较佳的实施例，步骤SS2中的所述激光拉曼光谱仪采用美国NIRDeltanu公司的Advantage785型号，长为785nm。作为一种较佳的实施例，步骤SS3中的所述设置测试参数具体包括：所述积分时间为6s，分辨率是8cm-1，所述激光功率为120mW。作为一种较佳的实施例，步骤SS1中的粒子-波导耦合结构制作过程包括：将玻璃衬底清洗干净，然后将所述玻璃衬底其中一面采用蒸发镀膜法镀上100nm厚的银膜，在所述银膜上通过甩膜法分别甩上PMMA溶液层、金属纳米棒与结晶紫样品混合层，待水分挥发后，所述粒子-波导耦合结构制作完成。作为一种较佳的实施例，玻璃衬底采用日本松浪硝子生产的玻璃底片。作为一种较佳的实施例，步骤SS1中的所述金属纳米棒采用金纳米棒。作为一种较佳的实施例，步骤SS1中的所述银衬底采用蒸发镀膜法制成。作为一种较佳的实施例，结晶紫样品采用国药集团化学试剂有限公司的10-4Mol/L的结晶紫溶液。作为一种较佳的实施例，步骤SS1中的所述PMMA溶液采用甩膜法制成。作为一种较佳的实施例，金纳米棒的制备过程如下：利用少量的强还原剂NaBH4还原Au3+成形貌均匀尺寸微小的Au单晶晶种；在含有Au3+的生长溶液中加入所述Au单晶晶种，同时利用弱还原剂AA使Au3+还原成Au+，再与所述Au单晶晶种结合，Au+在已经形成的晶种上被进一步还原而生长成AuNRs。本专利技术所达到的有益效果：第一，本专利技术制备的基底适用于表面增强拉曼散射的表面增强，并且基底设计简单，操作方便，所测得的拉曼信号明显增强；第二，本专利技术的拉曼增强基底的机理不同于一般的表面拉曼增强技术，而是采用金属纳米粒子的局域场与波导结构的导模场相互之间的共振效应来实现增强，本专利技术提出的增强效应的存在的与实验结果相吻合；第三，本专利技术的基底的特点是通过粒子的表面局域场更好的激发在PMMA结构中的波导的导模的模场，而该波导模式的模场在PMMA层厚度满足位相匹配条件时达到最大，而此时波导的导模场也会反过来激发金属纳米粒子的局域场，从而增强测试样品的拉曼效应，使拉曼表面增强，基底制备简单，操作方便，并能实现SERS信号增强。附图说明图1是本专利技术的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底的示意图。图2是本专利技术的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底的优选实施例的TEM测得的制备的金属纳米棒图。图3是本专利技术的四种情况下的拉曼信号强度图。图4是本专利技术在相同激光激励下，粒子表面的光场强度积分曲线图。图5是本专利技术的波导内部的场强在表面有金属纳米粒子和没有金属纳米粒子的情况下随PMMA层厚度变化的曲线图。图中标记的含义：001a-玻璃底片，002a-银膜，003a-PMMA溶液层，004a-金属纳米棒。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。表面增强拉曼光谱技术具有极高的灵敏度，对某些分子其灵敏度比常规拉曼光谱高一百万倍，能检测吸附在金属表面的单分子层和亚单分子层的分子，并提供丰富的分子结构信息，活性基底的制备是获得SERS信号的前提，电化学粗糙化的电极、贵金属溶胶及真空蒸镀的金属岛膜是SERS分析中最常用的3中活性基底。本专利技术的设备有激光拉曼光谱仪、粒子-波导耦合结构。如图1所示的是本专利技术的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底的示意图，本专利技术的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，包括玻璃底片001a、银膜002a、PMMA溶液层003a、金属纳米棒004a，银膜002a设置于玻璃底片001a的上方，PMMA溶液层003a与金属纳米棒004a设置于银膜002a的上方。作为一种较佳的实施例，本专利技术还包括探测分子，探测分子与PMMA溶液层003a、金属纳米棒004a通过甩膜法固定在银膜002a上，探测分子通过探测信号来表征制备的基底的好坏，探测到的信号越强，表征制备的基底越好。作为一种较佳的实施例，金属纳米棒004a采用金纳米棒。作为一种较佳的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于粒子‑波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，包括玻璃底片(001a)、银膜(002a)、PMMA溶液层(003a)、金属纳米棒(004a)，所述银膜(002a)设置于所述玻璃底片(001a)的上方，所述PMMA溶液层(003a)与所述金属纳米棒(004a)设置于所述银膜(002a)的上方。

【技术特征摘要】
1.基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，包括玻璃底片(001a)、银膜(002a)、PMMA溶液层(003a)、金属纳米棒(004a)，所述银膜(002a)设置于所述玻璃底片(001a)的上方，所述PMMA溶液层(003a)与所述金属纳米棒(004a)设置于所述银膜(002a)的上方。2.根据权利要求1所述的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，还包括探测分子，所述探测分子与所述PMMA溶液层(003a)、所述金属纳米棒(004a)通过甩膜法固定在所述银膜(002a)上，所述探测分子用来通过探测信号表征制备的基底的好坏，探测到的信号越强，表征制备的基底越好。3.根据权利要求1所述的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，所述金属纳米棒(004a)采用金纳米棒。4.根据权利要求2所述的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，所述探测分子采用国药集团化学试剂有限公司的10-4Mol/L的结晶紫溶液。5.根据权利要求2所述的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，所述银膜(002a)采用蒸发镀膜法镀在所述玻璃底片(001a)上。6.根据权利要求3所述的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底，其特征在于，所述金纳米棒的制备过程如下：利用少量的强还原剂NaBH4还原Au3+成形貌均匀尺寸微小的Au单晶晶种；在含有Au3+的生长溶液中加入所述Au单晶晶种，同时利用弱还原剂AA使Au3+还原成Au+，再与所述Au单晶晶种结合，Au+在已经形成的晶种上被进一步还原而生长成AuNRs。7.采用权利要求1所述的基于粒子-波导耦合结构的拉曼散射增强基底的制备方法，其特征在于，包括如...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚雪芬，殷澄，韩庆邦，单鸣雷，李建，姜学平，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32