金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法技术

金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法，它涉及一种新型的用于高性能荧光增强的金属薄膜/ZnO纳米棒阵列基底设计方案及其制备工艺。本发明专利技术是为了满足现有ZnO纳米棒阵列荧光增强基底的荧光增强效果亟待进一步提高，进而促进其在生物传感和探测器件领域产业化应用的强烈需求。方法为：一、衬底的清洗；二、金属薄膜的制备；三、ZnO纳米棒阵列的制备；四、金属薄膜/ZnO纳米棒阵列荧光增强的检测。本发明专利技术应用于基础生物荧光传感探测、细胞成像、环境检测，医疗实时监测、光敏探测等器件应用领域。

Method for preparing metal film / Zinc Oxide nanorod array fluorescent reinforcing material

The invention relates to a method for preparing a metal film / Zinc Oxide nanorod array fluorescent reinforcing material, which relates to a novel metal thin film /ZnO nanorod array substrate design program for the high performance fluorescence enhancement and a preparation process thereof. The invention aims to meet the requirement of fluorescence enhancement of the existing ZnO nanorod array fluorescent enhancement substrate, and further needs to be further improved, thereby promoting the strong demand for the industrial application of the biosensor and the detector part. The method is as follows: 1. Cleaning of substrate; two. Preparation of metal film; preparation of three and ZnO nanorod arrays; four, detection of fluorescence enhancement of metal thin film /ZnO nanorod arrays. The invention is applied to devices such as basic biological fluorescence sensing detection, cell imaging, environmental detection, medical real-time monitoring, photosensitive detection, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法。
技术介绍
氧化锌（ZnO）是一种直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度为3.37eV，晶体结构为六方纤锌矿结构，具有光发射，化学传感，光催化，以及生物相容性等诸多优异性能。ZnO纳米材料被证实具有非常丰富的形貌结构，其中，在多种衬底表面可以制备出垂直于衬底表面具有c轴择优取向的ZnO纳米棒阵列，所包含的单根纳米棒呈六棱柱形貌，其直径和长度可以通过控制实验参数进行调控，十分利于微纳米器件的设计加工与性能优化。截止目前，ZnO纳米棒阵列已经在光发射器件，光敏或气敏传感器，紫外光探测器，场发射器件，太阳能电池等领域有着非常重要的应用。生物荧光探针探测是目前被广泛采用的一种用于生物探测和传感的技术，在基础生物医学研究和实际医学诊疗领域都有着广泛应用。已有报道表明，ZnO纳米棒阵列可以作为一种基底显著增强待测荧光分子的荧光信号，进而用于高灵敏度生物分子检测。例如，对ZnO纳米棒阵列作为荧光增强基底可以实现皮摩尔量级之下DNA分子的探测。除了ZnO纳米棒阵列所具有的大的比表面积和良好的生物相容性等优点，ZnO纳米棒独特的六棱柱形貌所形成的光学腔被认为在荧光信号增强中起到了重要作用，ZnO纳米棒六棱柱侧面的全反射效应会引导进入ZnO纳米棒内部的荧光信号更多地经由纳米棒上端面出射，进而大大增强在纳米棒阵列正上方探测器采集到的荧光信号的强度，实现高灵敏度的荧光信号检测。ZnO纳米棒阵列具有制备工艺简单，成本低等优势，作为荧光增强基底在生物探测器和传感器领域有着广阔的应用前景，但是现有ZnO纳米棒阵列荧光增强基底的荧光增强效果较差，有待提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有ZnO纳米棒阵列荧光增强基底的荧光增强效果差的技术问题，提供了一种金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法。金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法按照以下步骤进行：一、衬底的清洗：分别采用99.5wt%丙酮、99.7wt%乙醇、电导率18MΩ的去离子水和99.5wt%甲醇对平面衬底进行超声清洗5～60min；二、金属薄膜的制备；利用磁控溅射，以及离子沉积、热蒸发法、脉冲激光沉积法、或电化学法在平面衬底表面上制备均匀的金属薄膜；三、ZnO纳米棒阵列的制备：利用水热法、脉冲激光衬底法、化学气相沉积法或热传输法在经过步骤二处理的平面衬底上得到ZnO纳米棒阵列，即得金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料。步骤一所述的平面衬底为硅片、石英片、玻璃片、PMMA、PTFE或蓝宝石片。步骤二中所述金属薄膜为银薄膜、金薄膜、铂金薄膜、钯金薄膜、铝薄膜或铜薄膜。步骤二中所述金属薄膜的厚度大于2nm。本专利技术的有益效果在于金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料相对于单一的ZnO纳米棒阵列提升了5～1000倍的荧光增强效果，进而可应用于超高灵敏度的生物传感器和探测器。附图说明图1是实验一中步骤二制备的Ag薄膜原子力显微镜图；图2是实验一中步骤四制备的Ag薄膜上合成的具有c轴择优取向的ZnO纳米棒阵列的X射线衍射图；图3是实验一中步骤四制备的Ag薄膜上合成的具有c轴择优取向的ZnO纳米棒阵列的正面图图4是实验一中步骤四制备的生长在Ag薄膜上ZnO纳米棒阵列SEM图的截面图；图5是实验一中步骤四制备的生长在Si衬底（左）和生长在Ag薄膜（右）上ZnO纳米棒阵列SEM图的俯视图；图6是在Si衬底和Ag薄膜上合成的ZnO纳米棒阵列经过罗丹明荧光素染色后的荧光图像。图7是在Si衬底和Ag薄膜上合成的ZnO纳米棒阵列经过罗丹明荧光素染色后的荧光信号的定量分析图，图中a表示生长在Ag薄膜上ZnO纳米棒阵列经过罗丹明荧光素染色后的荧光信号的定量分析图，b表示生长在Si衬底上ZnO纳米棒阵列经过罗丹明荧光素染色后的荧光信号的定量分析图具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法按照以下步骤进行：一、衬底的清洗：分别采用99.5wt%丙酮、99.7wt%乙醇、电导率18MΩ的去离子水和99.5wt%甲醇对平面衬底进行超声清洗5～60min；二、金属薄膜的制备；利用磁控溅射，以及离子沉积、热蒸发法、脉冲激光沉积法、或电化学法在平面衬底表面上制备均匀的金属薄膜；三、ZnO纳米棒阵列的制备：利用水热法、脉冲激光衬底法、化学气相沉积法或热传输法在经过步骤二处理的平面衬底上得到ZnO纳米棒阵列，即得金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料。本实施方式中金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的检测方法如下：将金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料浸入浓度为10-1mol/L～10-15mol/L荧光素染料的溶液中，浸泡5～60min后取出，通过清洗去除多余荧光探针，干燥后利用荧光显微镜对荧光信号进行定量分析，并与没有制备于金属薄膜上的ZnO纳米棒阵列的荧光增强效果进行比较；所述的生物荧光素染料为罗丹明、异硫氰酸荧光素、花青素、赫克斯特、藻红蛋白、多甲藻叶绿素蛋白、AlexaFluor系列染料、无机半导体量子点或具有荧光特性的金纳米团簇。荧光素染料的溶液中的溶剂为去离子水、无水乙醇或磷酸盐缓冲液。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述的平面衬底为硅片、石英片、玻璃片，PMMA，PTFE，或蓝宝石片。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中所述金属薄膜为银薄膜、金薄膜、铂金薄膜、钯金薄膜、铝薄膜或铜薄膜。其它与具体实施方式一或二之一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中所述金属薄膜的厚度大于2nm。其它与具体实施方式一至三之一相同。采用下述实验验证本专利技术效果：实验一：金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法按照以下步骤进行：一、衬底的清洗：采用单晶<100>取向Si为衬底，分别采用99.5wt%丙酮、99.7wt%乙醇、电导率18MΩ的去离子水和99.5wt%甲醇对衬底进行超声清洗20min；二、用磁控溅射法制备Ag金属薄膜：将Ag靶材和经过步骤一处理的覆盖掩膜板的Si衬底装入磁控溅射装置的生长腔内，通入纯度为99.99%的氩气，保持工作气压为1Pa，调节射频功率为100本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法，其特征在于金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法按照以下步骤进行：一、衬底的清洗：分别采用99.5wt%丙酮、99.7wt%乙醇、电导率18MΩ的去离子水和99.5wt%甲醇对平面衬底进行超声清洗5～60min；二、金属薄膜的制备；利用磁控溅射，以及离子沉积、热蒸发法、脉冲激光沉积法、或电化学法在平面衬底表面上制备均匀的金属薄膜；三、ZnO纳米棒阵列的制备：利用水热法、脉冲激光衬底法、化学气相沉积法或热传输法在经过步骤二处理的平面衬底上得到ZnO纳米棒阵列，即得金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料。

【技术特征摘要】
1.金属薄膜/氧化锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法，其特征在于金属薄膜/氧化
锌纳米棒阵列荧光增强材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、衬底的清洗：分别采用99.5wt%丙酮、99.7wt%乙醇、电导率18MΩ的去离子水
和99.5wt%甲醇对平面衬底进行超声清洗5～60min；
二、金属薄膜的制备；利用磁控溅射，以及离子沉积、热蒸发法、脉冲激光沉积法、
或电化学法在平面衬底表面上制备均匀的金属薄膜；
三、ZnO纳米棒阵列的制备：利用水热法、脉冲激光衬底法、化学气相沉积法或热传
输法在经过步骤二处理的平面衬底上得到Zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晔，尹永琦，于淼，刘潇，杨彬，曹文武，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23