一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法技术

一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，属于检测技术领域。本发明专利技术所述方法实现了待测分子在传统表面增强拉曼光谱(SERS)基底上提升2个数量级的超痕量检测，使SERS的检测灵敏度大幅度提高，具有广泛的应用前景。其是将表面自组装或蒸镀有金或银纳米粒子的SERS基底置于探针分子的乙醇溶液中浸泡20～30小时后取出；然后配置10

Method for enhancing detection sensitivity of SERS substrate by using molecular template enhancing reagent

The invention relates to a method for enhancing detection sensitivity of a SERS substrate by using a molecular template enhancing reagent, belonging to the detection technical field. The method of the invention realizes the molecules to be tested in the traditional surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrate increased 2 orders of magnitude of ultra trace detection, SERS detection sensitivity is greatly improved, and has wide application prospect. The SERS substrate of the surface assembled or steamed with gold or silver nanoparticles is placed in the ethanol solution of the probe molecule for 10 hours to be taken out after being soaked for 20~30 hours

【技术实现步骤摘要】
一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法
本专利技术属于检测
，具体涉及一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，实现了待测分子在传统表面增强拉曼光谱(SERS)基底上提升2个数量级的超痕量检测，使SERS的检测灵敏度大幅度提高，具有广泛的应用前景。
技术介绍
1928年印度物理学家拉曼(C.V.Raman)首次发现拉曼散射效应，荣获1930年诺贝尔物理学奖。拉曼光谱的频率、强度和偏振等标志着物质指纹信息，从这些信息中可以得到物质结构和组成成分的信息，因而拉曼光谱得到了广泛的应用。拉曼光谱是研究分子结构的一种重要手段，但是随着拉曼光谱的实际应用，它的缺点也逐渐体现出来。拉曼散射的强度非常弱，一般只有入射光强度的10-10左右，所以想要得到强度很弱的拉曼光谱迫切需要一种方法来增强拉曼光谱信号的强度。Fleischmann等人于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。但Fleishmann认为这是由于电极表面的粗糙化，电极真实表面积增加而使吸附的吡啶分子的量增加引起的，而没有意识到粗糙表面对吸附分子的拉曼光谱信号的增强作用。一直到1977年，VanDuyne和Creighton两个研究组各自独立地发现，吸附在粗糙银电极表面的每个吡啶分子的拉曼信号要比溶液中单个吡啶分子的拉曼信号大约强106倍，指出这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应，被称为表面增强拉曼光谱(SERS)效应。106倍这一数量级的SERS信号增强意味着表面增强拉曼光谱技术可以实现表面单分子层的研究，所以新型SERS活性基底成为了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。利用日益成熟的纳米材料的制备技术，已经可以获得颗粒形状和大小可以很好控制的纳米颗粒，并将其作为模型材料来研究SERS的增强机理。虽然在SERS基底制备领域涌现出了大量新材料，但在某些实际应用体系中，SERS技术的检测灵敏度仍然不尽如人意，实现超灵敏检测仍是一个亟待于解决的技术问题。表面选择定则是表面增强拉曼光谱学中的一个重要概念。当分子吸附在SERS基底表面时，得到的SERS光谱强度与分子与基底之间的键合方式有关，当分子垂直于SERS基底或在垂直方向上有分量时，能够得到比较好的SERS增强效果。当极低浓度的待测物分子吸附在SERS基底上时，由于各种作用力的综合影响，待测物分子将随机的以近似平行于基底的接触角与SERS基底相结合，这种随机的且近似平行的接触方式不利于得到增强拉曼信号。尽管表面选择定则在理论上得到解释和证实，但是现实中能够根据表面选择定则进行调整待测分子取向的方法还未见报道。本专利利用表面选择定则的理论，以创新的分子模板技术策略对基底上极低浓度的待测物分子的分子构象进行约束，使之以垂直的键合方式与SERS基底进行结合，创造有利于得到良好增强效果的条件，成为一种大幅提升SERS基底检测灵敏度的新方法。
技术实现思路
针对上述问题，我们专利技术了一种专用的、具有特殊组成的分子模板增强试剂，首次采用传统金或银SERS基底与分子模板增强试剂相结合的方法，来大幅提高SERS检测灵敏度。该方法具有操作简单、增强效果好、具有广泛应用前景等优点，解决目前SERS检测的重大困难。本专利技术的目的是提供一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，本专利技术在传统SERS基底的基础上将探针分子最低检出浓度降低了100倍左右，实现了对待测探针分子的超痕量检测，目前为止没有利用该方法提高SERS检测灵敏度的相关报道。本专利技术采用吡啶、对巯基苯甲酸(MBA)、对巯基苯胺(PATP)、罗丹明B、罗丹明6G(R6G)、葡萄糖等作为探针分子，吸附在金或银纳米粒子基底表面，并首次使用分子模板增强试剂对吸附在基底上的探针分子构象进行约束，形成优化的增强条件。使用该方法得到的SERS信号相比于没有使用分子模板增强试剂有很明显的增强，增强因子在108左右。这项工作证明了分子模板增强试剂对表面增强拉曼光谱信号有很高的增强效果，并提供了实验和理论依据。该方法的增强机理是通过调整极低浓度时吸附在SERS基底上探针分子平行于基底的构象，形成有利于得到SERS信号的垂直于基底的分子构象，从而实现探针分子检测灵敏度的提高。本专利技术通过制备传统的金或银纳米粒子自组装的SERS基底并吸附探针分子，之后采用分子模板增强试剂对极低浓度时探针分子的分子构象进行调整，与传统方法相比较，SERS信号有很大的增强。本专利技术所述的一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，其步骤如下：1.表面吸附探针分子的SERS基底的制备1.1金纳米粒子溶胶的制备：采用柠檬酸钠还原法，即Frens法。这种方法制备的胶体金的颗粒大小一致，通过控制柠檬酸钠和氯金酸的比例可以制备出粒子直径从16～147nm范围内的金纳米粒子溶胶。具体方法如下：把氯金酸先配制成质量浓度为0.01％的水溶液(实验所用水均为超纯水，下同)，取100mL水溶液加热至沸；搅拌下向其中加入0.5～8.5mL、质量浓度1％的柠檬酸钠水溶液，继续煮沸10～20分钟；此时可以观察到溶液从淡黄色很快变成灰色，继而转成黑色，随后逐渐稳定成红色，冷却至室温得到金纳米粒子溶胶。柠檬酸在开始的作用是还原剂。后来，带负电荷的柠檬酸根吸附到金纳米粒子表面，由于表面电荷的排斥作用使得金纳米粒子免于聚集。1.2银纳米粒子溶胶的制备：柠檬酸钠还原的银溶胶的制备，将36mg硝酸银溶入200mL水中，快速加热至沸腾，在剧烈搅拌下迅速加入0.2～7.5mL、质量浓度1％的柠檬酸钠水溶液，保持微沸腾状态继续反应1～2小时，然后自然冷却至室温，得到褐灰色的银纳米粒子溶胶；该方法合成的银纳米粒子的直径范围为30～120nm。1.3SERS基底的制备基片的预处理：把玻璃或硅片分别在水、乙醇、丙酮、氯仿、丙酮、乙醇、水中依次超声处理3～8分钟，然后放在质量浓度30％的H2O2水溶液和质量浓度98％的浓H2SO4水溶液的混合液(两种溶液的体积比为3：7)中煮15～30分钟，冷却后用水洗净；聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)/银(金)薄膜的自组装方法：将预处理后的基片首先浸入0.01～0.1mol/L的PDDA水溶液中10～20分钟，取出后用水清洗，再浸入前面制备的金纳米粒子溶胶或银纳米粒子溶胶中5～8小时，取出后用水清洗，再用氮气吹干，从而得到表面自组装有金或银纳米粒子(纳米粒子层厚度为50～100nm)的SERS基底。另外一种制备SERS基底的方法是，把预处理后的基片置于真空镀膜机中真空蒸镀上5～10nm厚的金或银薄膜，从而得到表面蒸镀有金或银纳米粒子的SERS基底。1.4表面吸附探针分子的SERS基底的制备将上述两种方法任一种方法制备的SERS基底置于探针分子的乙醇溶液(探针分子的浓度为10-6～10-9M)中浸泡20～30小时后取出，然后用乙醇清洗掉未被吸附的探针分子后氮气吹干，得到表面吸附探针分子的SERS基底；上述方法所述的探针分子为能够吸附在SERS基底表面的分子，如吡啶、对巯基苯甲酸(MBA)、对巯基苯胺(PATP)、罗丹明B、罗丹明6G(R6G)、葡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，其步骤如下：(1)表面吸附探针分子的SERS基底的制备将预处理后的基片首先浸入0.01～0.1mol/L的PDDA水溶液中10～20分钟，取出后用水清洗，再浸入到金纳米粒子溶胶或银纳米粒子溶胶中5～8小时，取出后用水清洗，再用氮气吹干，得到表面自组装有金或银纳米粒子的SERS基底；或将预处理后的基片真空蒸镀上5～10nm厚的金或银薄膜，从而得到表面蒸镀有金或银纳米粒子的SERS基底；将上述任一种方法制备的SERS基底置于探针分子的乙醇溶液中浸泡20～30小时后取出，探针分子的浓度为10

【技术特征摘要】
1.一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，其步骤如下：(1)表面吸附探针分子的SERS基底的制备将预处理后的基片首先浸入0.01～0.1mol/L的PDDA水溶液中10～20分钟，取出后用水清洗，再浸入到金纳米粒子溶胶或银纳米粒子溶胶中5～8小时，取出后用水清洗，再用氮气吹干，得到表面自组装有金或银纳米粒子的SERS基底；或将预处理后的基片真空蒸镀上5～10nm厚的金或银薄膜，从而得到表面蒸镀有金或银纳米粒子的SERS基底；将上述任一种方法制备的SERS基底置于探针分子的乙醇溶液中浸泡20～30小时后取出，探针分子的浓度为10-6～10-9M，然后用乙醇清洗掉未被吸附的探针分子后氮气吹干，得到表面吸附探针分子的SERS基底；(2)在表面吸附探针分子的SERS基底上使用增强试剂；配置10-4～10-6M的正己硫醇的乙醇溶液，将上述吸附探针分子的SERS基底浸泡在正己硫醇的乙醇溶液中4～10小时后用乙醇清洗，氮气吹干，得到构筑有分子模板的SERS基底；(3)增强试剂技术结合金或银纳米粒子SRES基底后的SERS测试将前面制备得到的构筑有分子模板的SERS基底进行SERS测试，测试结果表明利用分子模板增强试剂有效地提升了SERS基底检测灵敏度。2.如权利要求1所述的一种利用分子模板增强试剂提升SERS基底检测灵敏度的方法，其特征在于：基片为玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮伟东，孙成彬，周铁莉，王蕴馨，丛茜，陈廷坤，李亚丽，李倩文，王旭，赵冰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22