一种具有拉曼活性的微球及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有拉曼活性的微球及其制备方法，该方法包括：制备表面修饰有介电纳米颗粒阵列的单分散微球；在制备得到的单分散微球的纳米颗粒阵列表面沉积一层金属层；采用该方法制备得到的具有拉曼活性的微球的结构为在单分散微球表面修饰的纳米颗粒阵列上沉积一层金属层，继而得到包裹在纳米颗粒外表面的一个纳米阵列，所述微球的纳米颗粒的形状和粒径、纳米颗粒之间的狭缝大小和金属层的厚度都是可以精确控制的，所以本发明专利技术所述具有拉曼活性的微球能够得到稳定有序分布的“热点”位，使得产生的拉曼增强信号强度高、重复性好、稳定性好；而且每个微球大小也均匀可控，因此每个微球可以作为一个独立的具有拉曼活性的微球基材。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物监测和医学治疗
，尤其涉及一种具有拉曼活性的微球及其制备方法。
技术介绍
表面增强拉曼散射效应（SERS，Surface Enhanced Raman Spectrum），是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中，在激发区域内，由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。表面增强拉曼可以克服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，在化学分析、环境检测、生物诊断等方面已经引起了广泛的关注。在拉曼光谱增强效应中，活性基底对增强效应起关键作用。目前，拉曼光谱增强活性基底主要有金或银的粗糙表面、纳米颗粒或沉积在介电微球表面的聚集体。其中，介电微球/纳米颗粒具有较高的稳定性、简单的操作性和高SERS活性，已成为SERS活性增强基底的研究热点。研究者已经运用各种方法制备表面拉曼活性增强基板，主要包含基于周期性阵列纳米结构的增强和基于纳米颗粒的增强。周期性阵列纳米结构的拉曼增强大多采用光刻法，模板法等技术制备，基于纳米颗粒增强结构采用纳米颗粒的自组装，比如在固体基板上利用化学反应法生长纳米颗粒，或者是粒子间力的相互作用。专利CN103127890A公开了一种拉曼增强活性微球的制备方法，首先制备尺寸均一、单分散的密胺树脂微球，然后通过原位化学还原方法，使用还原剂在密胺树脂微球的表面沉积均匀、致密的银纳米粒子，制备得到以密胺树脂微球为核，银纳米粒子为壳的核壳式微球。金属纳米粒子的狭缝可视为对表面增强拉曼光谱有贡献的“热点”区域，金属纳米粒子的狭缝大小会影响拉曼光谱增强效应。而上述专利中采用原位化学反应法在微球的表面沉积金属纳米粒子，具有拉曼活性的微球的“热点”区域受纳米金属粒子的形状和粒径影响，而采用该方法得到的纳米金属粒子的形貌和均一性差，所以无法得到稳定有序分布的可控“热点”位，所谓“热点”位是指金属纳米结构的狭缝间对拉曼光谱增强效应有贡献的位点，“热点”位分布不均匀稳定，会使得产生的拉曼增强信号重复性差、稳定性差、信号增强效果低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有拉曼活性的微球及其制备方法和应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种具有拉曼活性的微球的制备方法，包括以下步骤：S1：制备表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球；S2：在所述S1制备得到的单分散微球的纳米颗粒表面沉积一层金属层，得到具有拉曼活性的微球。在一些具体的实施方式中，所述S2为采用物理气相沉积法在所述S1制备得到的单分散微球的纳米颗粒表面沉积一层金属层。在一些具体的实施方式中，所述金属层厚度为1-500 nm。在一些具体的实施方式中，所述S1为采用微流控技术制备表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球。在进一步优选的实施方式中，所述S1的具体步骤为：分别将纳米颗粒、可聚合的单体材料、分散剂、引发剂和交联剂分别溶于水或油性材料中，然后将水溶液和油性材料分别引入微流控芯片，制备水包油型或油包水型单分散性液滴，固化所述液滴，得到表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球。在一些具体的实施方式中，所述S1为采用界面自组装的方法制得纳米颗粒阵列的单分散微球。在一些具体的实施方式中，所述表面沉积有金属层的纳米颗粒的间距为1-1000 nm。在一些具体的实施方式中，所述纳米颗粒为氧化物颗粒、聚合物颗粒或单质金属颗粒中的任一种。在一些具体的实施方式中，所述金属层材料为具有表面等离子共振性质的金属。在进一步优选的实施方式中，所述金属层材料为金、银、铜、铂或钯中的任一种。本专利技术还提供了一种由如上所述的制备方法制备得到的具有拉曼活性的微球。本专利技术的有益效果是：目前具有拉曼增强效果的基材主要是采用在基材上直接采用纳米颗粒自组装或者微纳米加工的方法制备出纳米结构，通过纳米结构间的局部电磁场增强效果来实现对拉曼光谱的增强效果，其实现拉曼增强的局部区域被称作为“热点”。基于含有纳米结构的微球作为拉曼基材，一般在单分散微球的表面上直接通过化学方法制备纳米金属粒子或者在其表面通过复杂工艺镶嵌金属纳米粒子，纳米金属粒子之间的狭缝可视为对表面增强拉曼光谱有贡献的“热点”区域，具有拉曼活性的微球“热点”区域受纳米金属粒子的形状、粒径以及纳米金属粒子之间的狭缝大小影响，而纳米金属粒子的均一性差，纳米金属粒子的粒径和缝隙大小都无法准确控制，所以无法得到稳定有序分布的“热点”位，“热点”位分布不均匀稳定，会使得产生的拉曼增强信号效率低、重复性差、稳定性差。本专利技术提供了一种具有拉曼活性的微球的制备方法，包括以下步骤：S1：制备表面修饰有介电纳米颗粒阵列的单分散微球；S2：在所述S1制备得到的单分散微球的纳米颗粒阵列表面沉积一层金属层；采用该方法制备得到的具有拉曼活性的微球的结构为在单分散微球表面修饰的纳米颗粒阵列上沉积一层金属层，继而得到包裹在纳米颗粒外表面的一个纳米阵列，可以通过调节纳米颗粒的粒径、纳米颗粒密度和金属层的厚度来控制纳米阵列间的缝隙大小，进而控制所述拉曼活性 “热点”位，最终这种包裹有一层金属薄层的具有纳米阵列表面的微球，每个微球具有独立的高密度分布的拉曼活性“热点”。该专利技术中，纳米颗粒的形状和粒径、纳米颗粒之间的狭缝大小和金属层的厚度都是可以精确控制的，所以本专利技术所述具有拉曼活性的微球能够得到稳定有序分布的“热点”位，使得产生的拉曼增强信号强度高、重复性好、稳定性好；而且每个微球大小也均匀可控，因此每个微球可以作为一个独立的具有拉曼活性的微球基材。常规的具有拉曼活性的微球依赖于纳米金属粒子的形状、粒径及有序性，而本专利技术所述具有拉曼活性的微球不依赖于难以控制的纳米金属粒子，将其转化为依赖于可准确控制的纳米颗粒的粒径、纳米颗粒之间的狭缝大小和金属层的厚度，消除了常规具有拉曼活性的微球的“热点”位难以准确稳定控制的问题。附图说明图1为生产单分散液滴的微流控芯片图示；图2为实施例1中单分散微球的表面的纳米颗粒阵列的扫描电镜图；图3为实施例1中表面镀金属层的具有拉曼活性的微球的扫描电镜图；图4为纯探针分子粉末的拉曼信号与实施例1中具有拉曼活性的微球的拉曼信号对比图；图5为实施例1中不同金属层厚度的微球的扫描电镜图；图6为不同粒径的纳米颗粒制得的具有拉曼活性微球的反射光谱图。具体实施方式实施例1：（1）制备具有纳米阵列结构表面的微球将含有20wt%的表面活性剂Span80和5wt%的2,2-二乙氧基苯乙酮引发剂的十六烷作为油相，将含有14 w/v% SiO2纳米颗粒（粒径为378 nm）的N，N异丙基丙烯酰胺单体水溶液作为水相，其中还添加有交联剂N’N-亚甲基二丙烯酰胺。将上述两相流体通过流体泵引入聚二甲基硅氧烷的流动聚焦型微流控芯片，制备得到单分散的液滴，由于液滴中包裹有一定浓度的纳米颗粒，因受到纳米颗粒之间的静电斥力作用以及液滴表面自由能缩小的驱使，使得纳米颗粒在微米液滴的表面有序排列形成纳米六边形阵列图案，给予UV光照射，得到坚硬的微球其表面具有纳米颗粒阵列结构。采用微流控技术制备表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球，微流控芯片的结构不限，在本实施例中，采用流动聚焦型微流控芯片，结构图如图1，图中1为油相流体进口，2为水相流体的进口，两相流体分别自进口进入后于3处汇聚，内相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有拉曼活性的微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制备表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球；S2：在所述S1制备得到的单分散微球的纳米颗粒表面沉积一层金属层，得到具有拉曼活性的微球。

【技术特征摘要】
1.一种具有拉曼活性的微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制备表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球；S2：在所述S1制备得到的单分散微球的纳米颗粒表面沉积一层金属层，得到具有拉曼活性的微球。2.根据权利要求1所述的具有拉曼活性的微球的制备方法，其特征在于，所述S2为采用物理气相沉积法在所述S1制备得到的单分散微球的纳米颗粒表面沉积一层金属层。3.根据权利要求1所述的具有拉曼活性的微球的制备方法，其特征在于，所述金属层厚度为1-500 nm。4.根据权利要求1所述的具有拉曼活性的微球的制备方法，其特征在于，所述S1为采用微流控技术制备表面修饰有纳米颗粒阵列的单分散微球。5.根据权利要求4所述的具有拉曼活性的微球的制备方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为：分别将纳米颗粒、可聚合的单体材料、分散剂、引发剂和交联...

【专利技术属性】
技术研发人员：水玲玲，王娟，金名亮，龚颖欣，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，深圳市国华光电科技有限公司，深圳市国华光电研究院，深圳市星国华先进装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44