激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，将光纤的平端与激光器输出尾纤熔接，其锥端插入预先制备好的金属纳米颗粒溶胶中；打开激光光源，在诱导激光辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥从溶胶中缓慢提拉至锥尖恰好完全露出液面；利用诱导激光对光纤锥进行短时间干燥，溶剂快速蒸发，而纳米颗粒吸附在光纤锥面，形成光纤SERS探针。本发明专利技术具有成本低廉、操作简单等优点，该方法制备出的锥形光纤SERS探针相比于平端面光纤SERS探针而言，有望实现更大的拉曼相互作用面积和更好的检测灵敏度和重复性，利于促进光纤SERS探针实用化进程，在拉曼光谱的活体、在线、原位、远程检测领域具有重要应用前景。

【技术实现步骤摘要】
激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法
本专利技术涉及表面增强拉曼散射光谱
，尤其涉及一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法。
技术介绍
表面增强拉曼散射（SurfaceEnhancedRamanScattering,SERS）是近些年来发展起来的一种拉曼光谱增强技术，它利用贵金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振（LocalizedSurfacePlasmonResonance，LSPR）效应来实现拉曼信号的极大增强，增强因子可高达108-1012，吸引了科学家们的广泛关注。将光纤传感技术与SERS技术相结合，通过在光纤表面制备贵金属纳米颗粒或结构而形成的光纤SERS探针，具有成本低廉、光谱重复性好、结构紧凑、抗干扰能力强等优点，且有望实现拉曼光谱的在线、原位、活体、远程检测，在生物医学、食品科学、能源与光催化等领域具有重要应用前景。受到石英光纤稳定的化学性质及圆柱表面等限制，高灵敏光纤SERS探针的制备相对较为困难。目前，人们通常将硅烷化处理后的石英光纤浸入到贵金属纳米颗粒溶胶中，利用硅烷偶联剂将纳米颗粒吸附至光纤表面以形成光纤SERS探针。但该方法耗时长（纳米颗粒吸附饱和所需时间通常在6小时以上），且纳米颗粒的随机吸附过程导致探针的制备重复性难以保证，不利于其实用化。由于光纤本身具有光波导传输特性，利用激光诱导法制备光纤SERS探针能显著提高探针的制备重复性。例如，吉林大学徐蔚青团队、清华大学杨昌喜团队等提出一种激光诱导化学沉积法（Langmuir,2008,24:4394；Langmuir,2011,27:4623），在纳米颗粒的氧化还原反应液体系中，制备出多种芯径的平端面光纤SERS探针；为了提高光纤表面纳米颗粒的尺寸均匀性，我们提出一种激光诱导液面自组装法（Nanoscale,2016,8:10607；专利技术专利CN201510692551.3），在预先制备的固定尺寸的纳米颗粒溶胶中实现光纤SERS探针的制备。然而，目前这些方法主要用于平端面光纤SERS探针的制备，不太适用于锥形光纤SERS探针的制备。而考虑到锥形光纤通常比平端面光纤能够提供更大的光与物质相互作用面积，有望进一步提高探针的SERS检测灵敏度和重复性，如何发展适用于锥形光纤SERS探针的实用化制备方法，是当前一个重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，包括有激光器、锥形光纤、贵金属纳米颗粒溶胶和一维精密位移平台，所述的锥形光纤的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤的平端与激光器的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台的移动端；打开激光器，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶上表面界面处；在贵金属纳米颗粒溶胶界面附近，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳米颗粒与光纤锥面的碰撞几率；随着光纤锥形端缓慢向上提拉，表面张力作用下纳米颗粒溶胶吸附在光纤锥面，并在诱导激光下引起溶剂快速挥发，纳米颗粒在锥面聚集，形成锥形光纤SERS探针。所述的锥形光纤采用石英光纤或聚合物光纤或钛宝石光纤。所述的锥形端为单锥或双锥或单锥与双锥的组合锥结构。所述的贵金属纳米颗粒溶胶为具有较大局域场增强特性的金、银纳米颗粒溶胶的一种或者两种的组合。金属纳米颗粒浓度、诱导激光功率、提拉速度、激光干燥时间、光纤锥角等实验条件对制备出的光纤SERS探针的性能密切相关。本专利技术的优点是：其一，激光诱导一步提拉法成本低廉、操作简单，通过实验参数的优化，易于实现锥形光纤SERS探针的快速、重复、批量制备；其二，诱导激光下的快速干燥过程有助于纳米颗粒在光纤锥面聚集，且光纤锥面光场越强的地方，纳米颗粒分布越密集，即形成纳米颗粒的“光场自适应”分布，从而实现高的SERS检测灵敏度；同时，激光诱导机制也可以在一定程度上保证探针的制备重复性。其三，该方法制备的高灵敏、高重复性锥形光纤SERS探针，综合了光纤传感技术与SERS技术的共同优势，在活体、在线、原位检测领域展现出重要应用前景。附图说明图1为激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针示意图。图2为锥形光纤SERS探针的光学显微图。图3为锥形光纤SERS探针的SEM图。图4为锥形光纤SERS探针对农残福美双的检测灵敏度。图5为锥形光纤SERS探针的检测重复性。具体实施方式如图1所示，一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，包括有激光器1、锥形光纤2、贵金属纳米颗粒溶胶3和一维精密位移平台4，所述的锥形光纤2的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤2的平端与激光器1的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶3中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台4的移动端；打开激光器1，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台4将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶3中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶3上表面界面附近；在贵金属纳米颗粒溶3胶界面处，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳米颗粒与光纤锥面的碰撞几率；随着光纤锥形端缓慢向上提拉，表面张力作用下纳米颗粒溶胶吸附在光纤锥面，并在诱导激光下引起溶剂快速挥发，纳米颗粒在锥面聚集，形成锥形光纤SERS探针。所述的锥形光纤2采用石英光纤或聚合物光纤或钛宝石光纤。所述的锥形端为单锥或双锥或单锥与双锥的组合锥结构。所述的贵金属纳米颗粒溶胶3为具有较大局域场增强特性的金、银纳米颗粒溶胶的一种或者两种的组合。包括785nm光纤尾纤窄带半导体激光器1、多模锥形石英光(2、预先合成的Au-nanorod溶胶3和一维精密位移平台4。多模石英光纤纤芯/包层直径分别为200/220μm、数值孔径NA=0.22，利用氢氟酸腐蚀法在多模石英光纤的一端形成12度锥角；实验室预先合成的Au-nanorod的吸收峰位于780nm左右，与诱导激光波长785nm相近。实验中，将光纤的平端与激光器尾纤熔接，其锥端插入Au-nanorod溶胶中；待光纤锥与纳米颗粒溶胶完全浸润后，打开诱导激光，同时利用一维精密平移台将光纤锥从溶胶中缓慢提起至锥尖完全脱离液面；在空气中干燥几秒钟后，关闭激光，提起光纤锥至空气中，完成探针制备。图2给出激光诱导功率为70mW、提拉速度60μm/s、激光干燥时间5s、纳米颗粒溶胶浓度OD≈10条件下，制备得到的光纤SERS探针的光学显微图。由此可见，激光诱导一步提拉法制备的光纤SERS探针中，贵金属纳米颗粒主要集中在激光功率密度较高的锥尖处，且呈环状分布，在相邻环中间基本没有纳米颗粒分布，该结果与光纤锥表面光场分布特性密切相关，即形成“光场自适应”的纳米颗粒分布。图3给出环中心处的纳米颗粒分布的典型SEM图，可见大量金纳米棒吸附在光纤表面，且颗粒聚集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，其特征在于：包括有激光器、锥形光纤、贵金属纳米颗粒溶胶和一维精密位移平台，所述的锥形光纤的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤的平端与激光器的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台的移动端；打开激光器，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶上表面界面处；在贵金属纳米颗粒溶胶界面附近，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳米颗粒与光纤锥面的碰撞几率；随着光纤锥形端缓慢向上提拉，表面张力作用下纳米颗粒溶胶吸附在光纤锥面，并在诱导激光下引起溶剂快速挥发，纳米颗粒在锥面聚集，形成锥形光纤SERS探针。

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导一步提拉法制备锥形光纤SERS探针的方法，其特征在于：包括有激光器、锥形光纤、贵金属纳米颗粒溶胶和一维精密位移平台，所述的锥形光纤的一端为平端，另一端为锥形端，将锥形光纤的平端与激光器的输出尾纤熔接，锥形端插入预先制备好的贵金属纳米颗粒溶胶中，锥形光纤的中间部位固定在一维精密位移平台的移动端；打开激光器，在诱导激光的辐照下，利用一维精密位移平台将光纤锥形端从贵金属纳米颗粒溶胶中缓慢提拉至锥形端的锥尖位于贵金属纳米颗粒溶胶上表面界面处；在贵金属纳米颗粒溶胶界面附近，光纤锥尖处激光功率密度高，纳米颗粒吸收激光能量转化为热量，引起光纤锥尖处局域温度快速升高，纳米颗粒的布朗运动速度加快，利于增大纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，刘晔，凌东雄，王红成，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44