表面增强拉曼光谱的基底及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种表面增强拉曼光谱的基底，通过制备使得其上金属纳米粒子相间隔数纳米的基底以使得该基底即使在长期存储的情况下，也能够使得表面增强拉曼信号明显增强，还涉及了一种使用简单的设备大规模地、低生产成本地制备该表面增强拉曼光谱的基底的方法。其上具有相间数纳米的所述表面增强拉曼光谱的基底可以使用简单的设备大规模地、低生产成本地制得。此外，由于该金属纳米粒子之间的距离可以在再现地形成为数纳米，从而拉曼信号可以显著地提高，并且即便在长期储存下，该提高的拉曼信号也可以保持在高水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
下述说明书涉及一种表面增强拉曼光谱的基底以使得表面增强拉曼光谱信号显著提高(即使在长期存储的情况下)，通过使得金属纳米粒子在基底上相距数个纳米的距离而制得该基底，以及涉及一种使用简单设备下大规模地、低生产成本地制备表面增强拉曼光谱的基底的方法。
技术介绍
拉曼散射或者拉曼效应是一种非弹性光子散射现象(inelasticphotonscattering phenomenon)。当光子从原子或分子中散射而出，大部分光子为弹性散射(瑞利散射，Rayleigh scattering)，这种散射的光子与入射光子具有相同的能量(频率和波长)。小部分散射的光子(约千万分之一)被激发散射，使得该散射光子与入射光子具有不同的频率，而且通常低于入射光子的频率。在气体中，分子由于跃迀(transit1n)到另一个(通常更高)能级产生的能量的变化发生拉曼散射。当采用使用拉曼散射的拉曼光谱时，几乎所有的有机分子包括极性分子和具有感应极化性(induct1n polarizabiIity)的非极性分子都显示出拉曼效应(拉曼位移)。因此这更适合生物分子的探测，例如蛋白质、基因等，因为它不受水分子的干扰。另一方面，特定的拉曼发散光谱的波长代表化学组成和结构特点，因此，可以直接使用拉曼信号分析材料。即使分析物能够被直接分析，但是除了学术研究以外并没有被实际使用，因为需要昂贵的设备去探测非常弱的信号并且信号的再现性很低。为了克服这样的缺陷，在1974年，Fleischmann等人报道了将吡啶吸附在银电极(通过连续氧化-还原循环被粗糙化的)上，来增强吡啶的拉曼信号。这种信号比预期的高了 16倍，最初他们解释原因在于表面粗糙化提供了额外的表面积。就是说，表面增强拉曼散射是当分子存在于金属纳米结构周围时显示出的目标分子的拉曼信号增强的现象。表面增强拉曼散射分析可以提供很难通过通常的拉曼分析获得的信息。为了确定表面增强拉曼散射分析是否可能，需要研究被分析材料与表面如何相互作用。由于被分析材料和金属表面之间存在多种表面相互作用，使得增强拉曼信号(不能通过通常的拉曼分析提供)被吸收。当被分析的材料被金属表面吸收或接近金属表面，会出现表面增强拉曼散射。存在于金属和入射光界面的相干自由电子(coherent free electron)的振荡一定会有效地增强拉曼发射。这被称为表面等离子体(surface plasmon)提供电磁增强。入射光在金属表面产生表面等离子体(电磁效应)，通过与分析物相互作用(电荷转移效应)增强拉曼发射。放置分析物的基底表面的粗糙度是表面等离子体的产生和拉曼信号的增强的重要因素。因此，研究开发了各种利用纳米技术来粗糙化基底表面以提供纳米结构，例如纳米级柱(nanometer-sized columns)，线性破碎表面(Iinear broken surface)或纳米粒子。通常，金属纳米材料的光学性质、电学性质、物理和化学性质可以通过改变其尺寸、形状、晶体结构等控制。由Au或Ag组成的贵金属纳米粒子与光在可见光区域强烈共振产生强烈的吸收和散射。表面等离子体的共振频率随各种因素而变化，例如根据金属纳米粒子的种类，例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd等，尺寸和形状，金属纳米粒子分散的溶剂，激光(入射光)种类等。因此，表面增强拉曼信号可以通过控制这些因素获得。表面增强拉曼散射是一种通过在具有纳米结构(例如金属颗粒或图案)的金属表面上的表面等离子体的共振以增强拉曼信号来分析痕量的材料的技术。应该解决信号的再现性才能使表面增强拉曼散射技术商业化。还应该通过对纳米粒子或图案的结构控制来解决拉曼探针的生产才能使表面增强拉曼散射技术商业化。然而，大规模地生产增强拉曼信号仍然是有限制的。解决这些问题的一个方法是大规模图案化表面增强拉曼光谱的基底。这种方法包括一个自顶向下的方法(top-down method)，例如，如电子束曝光(e-beamlithography)和聚焦离子束铣削(focused 1n beam milling)，以及自底向上的方法(bottom-up method)，例如，如使用模具和胶体刻蚀(colloidal lithography)图案化。所述自底向上的方法能够经济地、大规模地实现图案化的纳米结构的大量平行加工和快速生产。另一方面，所述自顶向下的方法能够极好地控制粒子的尺寸和形状，但需要高生产成本，并且大规模实施存在限制。然而，由于表面增强拉曼散射技术可以在低强度下检测甚至为痕量的分析物，关于它们在生物传感器应用领域的研究备受重视。不同于目前的荧光分析，表面增强拉曼散射技术可以在窄谱中提供分析物的化学结构信息，可以进行多个检测因为每个分子都有自己独特的拉曼信号。因此，目前展开大量研究以利用表面增强拉曼散射技术检测生物材料(DNA、蛋白质、细胞等)和疾病诊断设备。此外，具有连续再现性的表面增强拉曼的诊断设备可以通过使用微流体装置和拉曼光谱技术实现。因此，下述说明书的专利技术人发现了一种表面增强拉曼光谱的基底，该基底使得表面增强拉曼信号显著提高(即使在长期存储的情况下)，使得金属纳米粒子在基底上相距数个纳米的距离而制得该基底，以及发现了一种使用简单的设备大规模地、低生产成本地制备表面增强拉曼光谱的基底的方法。专利技术人还发现了一种制备表面增强拉曼光谱的基底的方法，该方法包括通过等离子体干法刻蚀在聚合物基底上形成具有突起曲面(protrudedcurved surface)的均勾的突起结构(protuberant structure)和通过气相沉积沉积金属以提供在金属上具有相距数个纳米距离的金属纳米粒子的表面增强拉曼光谱的基底。
技术实现思路
技术课题该
技术实现思路
部分以简化的形式介绍本专利技术的一些构思，下面的【具体实施方式】对此将进行详细描述。该
技术实现思路
部分的目的不在于确定要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不在于帮助确定要求保护的主题的范围。根据本专利技术的一方面，提供了一种表面增强拉曼光谱的基底，该基底包括在大规模的表面上相互之间均匀地相距数个纳米的金属纳米粒子，该基底使得表面增强拉曼信号明显著地提高(即使在长期存储的情况下)，以及该基底可以进行定量分析因为存在可再现的增强效应。根据本专利技术的另一方面，提供一种使用简单的设备大规模地、低生产成本地生产表面增强拉曼光谱的基底的方法，以及可再生地(reproducibly)使得金属纳米粒子之间距离数个纳米。根据本专利技术的另一方面，提供一种拉曼光谱装置，该装置包括光源、上述表面增强拉曼光谱的基底和配置于探测拉曼光谱的探测器。根据本专利技术的另一方面，提供一种探测分析物的拉曼光谱的方法，该方法包括:制备上述表面增强拉曼光谱的基底;使分析物接近或接触所述基底;照射分析物;探测分析物的散射的拉曼信号。课题解决方法根据本专利技术的一个例子的表面增强拉曼光谱的基底可以包括(i)聚合物基底，该聚合物基底的具有上突起曲面(upper protruded curved surface)的突起结构在第一表面上相间隔地形成；(ii)形成于所述突起结构上的含金属纳米粒子；以及(iii)形成于部分或全部的、未形成有所述突起结构的聚合物基底的第一表面上的含金属薄层，所述含金属纳米粒子与相邻的含金属纳米粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面增强拉曼光谱的基底，该基底包括：(i)聚合物基底，该聚合物基底的具有上突起曲面的突起结构在第一表面上相间隔地形成；(ii)形成于所述突起结构上的含金属纳米粒子；以及(iii)形成于部分或全部的、未形成有所述突起结构的聚合物基底的第一表面上的含金属薄层；其中，所述含金属纳米粒子和所述含金属薄层是同时地在所述第一表面上通过气相沉积含金属拉曼活性材料形成的，以及其中，所述含金属拉曼活性材料先在所述第一表面和突起结构上均匀地沉积，但随着所述沉积的进行，所述含金属拉曼活性材料集中地沉积在所述突起结构上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宁德，尹政钦，朴圣奎，李惠媚，李建焕，金东好，
申请(专利权)人：韩国机械研究院，韩国化学研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR