一种分形贵金属纳米结构增强光谱衬底的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种分形贵金属纳米结构增强光谱衬底的制备方法，包括如下步骤：步骤S1:玻璃衬底制备；步骤S2:银电极制备；步骤S3:二维银分形结构制备；步骤S4:三维分形贵金属纳米结构增强光谱衬底制备；步骤S5:分形衬底表面荧光探针分子的自组装制备；本发明专利技术所制备衬底与机械抛光法、纳米颗粒自组装法以及磁控溅射方法制备的银纳米结构增强光谱衬底相比，具有较显著的增强效应，光谱增强因子约8～12倍。采取本发明专利技术所制备的分形纳米结构增强光谱传感衬底可实现对探针分子的荧光及拉曼信号的同时增强，具有多通道光谱信号检测功能。本发明专利技术方法对生产设备要求低、制备工艺简单﹑产品的生产成本低﹑无环境的污染，可作为生物医学检测、环境监测的光谱传感芯片。

Method for preparing fractal noble metal nano structure enhanced spectrum substrate

The invention discloses a noble metal nano structure enhanced fractal preparation method of spectral substrate, which comprises the following steps: step S1: glass substrate preparation; step S2: silver electrode preparation; step S3: two-dimensional silver fractal structure preparation; step S4: enhanced 3D fractal noble metal nano structure spectroscopy substrate preparation; step S5: fractal fluorescence probe substrate surface molecular self-assembly preparation; the self assembling method and silver nanostructures prepared by magnetron sputtering on the substrate by enhanced spectroscopy of nanoparticles and compared the substrate mechanical polishing method, and can enhance the effect significantly, the spectral enhancement factor of about 8 to 12 times. The fractal nanometer structure prepared by the invention can enhance the spectrum sensing substrate and realize the simultaneous enhancement of fluorescence and Raman signals of the probe molecule, and has the function of multi-channel spectral signal detection. The method of the invention has the advantages of low requirement for production equipment, simple preparation process, low production cost and no environmental pollution, and can be used as a spectrum sensing chip for biological medicine detection and environmental monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种分形贵金属纳米结构增强光谱衬底的制备方法
本专利技术属于增强光谱衬底制备
，具体涉及到可实现维数可控、多通道光谱采集的分形贵金属纳米结构增强光谱衬底的制备方法。
技术介绍
具有纳米结构的金属材料体系表现出独特的光学与电学性质，在临床医学，生物检测传感，材料科学领域具有潜在应用价值。在外加电磁场激励下，金属纳米颗粒内部电子的协同振荡可在其表面激发产生表面等离激元共振，从而增强金属表面的局域电磁场，得到一系列线性和非线性光学效应。因此，基于纳米金属体系对电磁场的表面增强效应发展起来的表面增强光谱技术已经被广泛的应用于许多领域的研究。作为一种重要的现代光谱技术，荧光光谱因其灵敏度高和方法多样等优点，被广泛的应用于各种分析表征过程。然而，在实际工程应用过程中，制备合适的增强荧光金属衬底，是获取高灵敏度和信噪比的荧光光谱的必要手段之一，这也成为众多研究工作者关注的研究领域之一。目前国内外关于表面增强荧光衬底的制备主要包括有机械抛光法、磁控溅射法、自组装沉积方法、光刻方法、离子束刻蚀法等。机械抛光法是利用不同目数的砂纸按照一定的次序打磨金属衬底表面，获得具有微纳结构的金属衬底表面。该方法的特点是可以通过改变抛光时间和砂纸目数来获得不同粗糙度的衬底表面，具有样品制备过程简单，但样品制备的可重复性差的不足。磁控溅射法制备增强衬底：在高真空环境下，利用磁控溅射的方法在衬底表面沉积上一层与靶材属性一致的金属膜，根据沉积时间，所形成的金属膜可为连续状和非连续状。严格控制沉积条件可以得到一致性较强的衬底，但该方法对实验条件要求苛刻。自组装沉积法所制备衬底周期性分布较好，但对沉积条件，例如环境温度、溶液浓度等要求很高；光刻与离子束刻蚀法可以制备得到周期分布良好的增强衬底，但需要使用光刻机或者离子束刻蚀集等高精度实验设备，因此对实验条件要求颇高，特别是在制备大尺寸纳米结构衬底方面，存在一定的技术难度。众所周知，拉曼信号和荧光信号分别从不同角度反映了分子属性，二者在光谱检测中都具有十分重要的意义，而利用上述方法所制备的增强衬底都是针对增强拉曼光谱或者荧光光谱而言的，在同一个衬底表面实现拉曼和荧光信号的同时增强，还鲜有报道。本专利所提供的技术方案将为制备多通道光谱传感芯片提供解决途径；所得结果将有助于拓展光谱检测技术的应用领域，为实现在线光谱检测提供传感芯片。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于克服上述增强衬底只能增强单一光谱的缺点，提供一种能够同时增强探针分子的拉曼和荧光光谱信号，且工艺简单、产品成本低，性能稳定、易于工程化的具有分形形貌的银纳米结构衬底的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种分形银纳米结构增强光谱衬底的制备方法，包括如下步骤：步骤S1:玻璃衬底制备；步骤S2:银电极制备；步骤S3:二维银分形结构制备；步骤S4:三维分形贵金属纳米结构增强光谱衬底制备；步骤S5:分形衬底表面荧光探针分子的自组装制备；在步骤S1中，将载玻片依次放置在丙酮、酒精溶液中超声清洗各3～8分钟，然后用大量去离子水清洗，再放置在10－4mol/L的二氯化锡溶液中浸泡5～7个小时，取出氮气吹干待用；在步骤S2中，将纯度为99.99％的银箔切割成长为2cm、宽2cm、厚0.1cm，并利用砂纸将端面抛光处理，除去氧化层，然后将抛光后的银箔放置在丙酮、酒精溶液中超声清洗各3～8分钟，然后用大量去离子水清洗，氮气吹干待用；在步骤S3中，用步骤S1处理干净的载玻片夹住步骤S2制备好的两片银箔，分别充当阴极和阳极，电极中央空白区域填充去离子水，银箔连接恒流电源并通电，电流大小控制在100～200UA，通过实时监测纳米结构的形貌，通电时间约为10～30min，此时，在去离子水填充区域，形成淡灰色枝状结构，然后断电，放置晾干待用，制备得到二维分形纳米结构光谱传感衬底；在步骤S4中，使用步骤S3制备得到的银分形纳米结构衬底放置于对巯基苯胺乙醇溶液中，浓度为10-3mol/L，避光静置2～4hours；取出依次大量酒精、去离子水冲洗，制备得到具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底；将上述制备得到的银分形纳米结构衬底放置于贵金属纳米胶体溶液中，避光静置30～180min；取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干；制备得到经过金、银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底；在步骤S5中，将步骤S3、步骤S4制备的金属分形衬底放置于罗丹明6G探针分子或荧光探针分子溶液中，静置15～30min，取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干，分别制备得到具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底和经过金、银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构光谱传感衬底。优选的，所述贵金属纳米胶体溶液为金纳米颗粒溶液，银纳米颗粒溶液中的一种。优选的，在步骤S3中，所述具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底的制备方法如下：利用恒流电源控制输出电流强度，电流大小控制在100～200UA，通过实时监测纳米结构的形貌，通电时间约为5～20min，在去离子水填充区域，形成淡灰色枝状结构，即可断电，放置晾干待用，制备得到二维分形纳米结构光谱传感衬底；使用步骤S3制备得到的银分形纳米结构衬底放置于对巯基苯胺乙醇溶液中，浓度为10-3mol/L，避光静置2～4hours；取出依次大量酒精、去离子水冲洗，制备得到具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底。优选的，在步骤S3中，所述经过金、银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底制备方法如下：利用恒流电源控制输出电流强度，电流大小控制在100～200UA，通过实时监测纳米结构的形貌，通电时间约为5～20min，在去离子水填充区域，形成淡灰色枝状结构，即可断电，放置晾干待用，制备得到二维分形纳米结构光谱传感衬底；使用步骤S3制备得到的银分形纳米结构衬底放置于金纳米颗粒溶液或银纳米颗粒溶液中，避光静置30～180min；取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干；制备得到经过金、银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底。优选的，在步骤S3中，利用恒流电源控制输出电流强度，电流大小控制在100UA，通过实时监测纳米结构的形貌，通电时间约为20min，在去离子水填充区域，形成淡灰色枝状结构，即可断电，放置晾干待用，制备得到分形维数D＝1.53的二维分形纳米结构光谱传感衬底；使用步骤S3制备得到的银分形纳米结构衬底放置于对巯基苯胺乙醇溶液，浓度为10-3mol/L，避光静置3hours；取出依次大量酒精、去离子水冲洗，制备得到具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底。优选的，使用步骤4制备得到的银分形纳米结构衬底放置于银纳米颗粒溶液中，避光静置120min；取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干；制备得到银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底，分形维数D＝2.47；使用步骤4制备得到的银分形纳米结构衬底放置于金纳米胶体金纳米颗粒溶液中，避光静置150min；取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干；制备得到金纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底，分形维数D＝2.35。上述制备方法中所用的化学原料丙酮(分析纯)、酒精(分析纯)试剂购于国药集团；对巯基苯胺(Aminothiophenol:PATP)试剂购于Sigma公司；高纯银本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分形贵金属纳米结构增强光谱衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1:玻璃衬底制备；步骤S2:银电极制备；步骤S3:二维银分形结构制备；步骤S4:三维分形贵金属纳米结构增强光谱衬底制备；步骤S5:分形衬底表面荧光探针分子的自组装制备；在步骤S1中，将载玻片依次放置在丙酮、酒精溶液中超声清洗各3～8分钟，然后用大量去离子水清洗，再放置在10

【技术特征摘要】
1.一种分形贵金属纳米结构增强光谱衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1:玻璃衬底制备；步骤S2:银电极制备；步骤S3:二维银分形结构制备；步骤S4:三维分形贵金属纳米结构增强光谱衬底制备；步骤S5:分形衬底表面荧光探针分子的自组装制备；在步骤S1中，将载玻片依次放置在丙酮、酒精溶液中超声清洗各3～8分钟，然后用大量去离子水清洗，再放置在10－4mol/L的二氯化锡溶液中浸泡5～7个小时，取出氮气吹干待用；在步骤S2中，将纯度为99.99％的银箔切割成长为2cm、宽2cm、厚0.1cm，并利用砂纸将端面抛光处理，除去氧化层，然后将抛光后的银箔放置在丙酮、酒精溶液中超声清洗各3～8分钟，然后用大量去离子水清洗，氮气吹干待用；在步骤S3中，用步骤S1处理干净的载玻片夹住步骤S2制备好的两片银箔，分别充当阴极和阳极，电极中央空白区域填充去离子水，银箔连接恒流电源并通电，电流大小控制在100～200UA，通过实时监测纳米结构的形貌，通电时间约为10～30min，此时，在去离子水填充区域，形成淡灰色枝状结构，然后断电，放置晾干待用，制备得到二维分形纳米结构光谱传感衬底；在步骤S4中，使用步骤S3制备得到的银分形纳米结构衬底放置于对巯基苯胺乙醇溶液中，浓度为10-3mol/L，避光静置2～4hours；取出依次大量酒精、去离子水冲洗，制备得到具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底；将上述制备得到的银分形纳米结构衬底放置于贵金属纳米胶体溶液中，避光静置30～180min；取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干；制备得到经过金、银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底；在步骤S5中，将步骤S3、步骤S4制备的分形衬底放置于罗丹明6G探针分子或荧光探针分子溶液中，静置15～30min，取出后用大量去离子水冲洗，氮气吹干，分别制备得到具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底和经过金、银纳米颗粒修饰后的三维分形纳米结构衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述贵金属纳米胶体溶液为金纳米颗粒溶液，银纳米颗粒溶液中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述具有对巯基苯胺单分子层组装的二维分形银纳米结构衬底的制备方法如下：利用恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：董军，祁建霞，高伟，严学文，刘继红，张稳稳，时坚，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61