纳米颗粒莱可格斯杯器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米颗粒莱可格斯杯器件及其制备方法。本发明专利技术的纳米颗粒莱可格斯杯器件包括柱体结构，其中柱体结构包括布置在具有纳米孔道阵列结构的聚合衬底上的纳米柱、形成在纳米柱表面的Au层、形成在Au层表面的Ti粘附层以及在Ti粘附层表面的等离子体Au球形纳米颗粒。

Nanoparticle Lekoggs Cup Device and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
纳米颗粒莱可格斯杯器件及其制备方法
本专利技术涉及一种纳米颗粒莱可格斯杯器件及其制备方法。
技术介绍
纳米材料独特的比色光学特性可有效影响分子的光吸收或发射。在不影响信噪比的情况下实现信号放大是传感和检测的关键所在。纳米尺度金属物表面附近发现强电场约束和散射现象，即所谓的“等离子体效应”，从而产生表面增强拉曼散射场(SERS)。因此，在传感领域一直未得到充分利用的本质较弱拉曼信号，目前正越来越多地利用其在等离子体表面附近的放大信号来获取独特分子信息。SERS用于传感目标分析物的优点在于无需光标记(如荧光团和发色团)的直接定量，这需要采用基于定位标记或酶化学反应的其他步骤。其高特异性甚至可以在复合培养基(如细胞培养基、血清或缓冲液)中进行检测。此外，与荧光不同的是，它不存在光漂白问题。基于上述优势，SERS技术通过调节传感表面的等离子体特性，实现了对肿瘤标志物、葡萄糖、感染相关疾病生物标志物、药物甚至是水果农药残留的检测。由于SERS增强因子较大，许多基于等离子体的SERS衬底都采用Ag而非Au制备。由于Au在可见光范围内带间跃迁对等离子体振荡的阻尼作用更强，其SERS增强因子往往小于Ag。然而，Ag在高电解质浓度条件下容易发生氧化，因此，在高盐溶液中检测目标时，使用银SERS衬底需要特别谨慎。由于其不稳定的特性，许多基于Ag的SERS传感器无法重复使用或回收。此外，Ag等离子体表面产生的强SERS，有时会在传感过程中被怀疑存在Ag氧化，导致Ag尺寸或形状发生变化，并随着时间的推移呈现出不同的SERS结果。为利用SERS信号在复杂培养基或高电解质条件下对目标进行传感，理想的等离子体SERS衬底由稳定性高于Ag的材料组成。利用Au制备SERS活性等离子体衬底时，需要通过表面处理光学工程来弥补与银相比SERS增强因子较低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够在不改变纳米结构设计的情况下简化了等离子体共振条件的调制并且使得使得SERS强化适用于多种不同的拉曼测量条件纳米颗粒莱可格斯杯器件及其制备方法。根据本专利技术，提供了一种纳米颗粒莱可格斯杯器件，包括柱体结构，其中柱体结构包括布置在具有纳米孔道阵列结构的聚合衬底上的纳米柱、形成在纳米柱表面的Au层、形成在Au层表面的Ti粘附层以及在Ti粘附层表面的等离子体Au球形纳米颗粒。优选地，Au球形纳米颗粒是自组装等离子体纳米颗粒。优选地，Au球形纳米颗粒与底层等离子体纳米结构之间具有强约束电场的宏观均匀等离子体耦合。优选地，纳米颗粒莱可格斯杯器件包括：多个柱体结构。优选地，多个柱体结构以矩阵形式形成在基底上。优选地，Au层103的厚度为90nm。优选地，Ti粘附层104的厚度为90nm。根据本专利技术，还提供了一种上述纳米颗粒莱可格斯杯器件的制备方法，包括：第一步骤：制备nanoLCA；第二步骤：针对nanoLCA，利用两端均含有氨基和硫醇官能团的连接分子执行自组装制备处理。优选地，制备nanoLCA包括：利用由纳米柱阵列组成的石英模具采用复制成形制备nanoLCA衬底，利用激光干涉光刻技术对光刻胶块阵列进行图案制作，随后利用蚀刻解析石英模具上的纳米柱阵列，将石英模具上的光聚合物用紫外线照射进行固化以形成具有纳米孔道阵列结构的聚合衬底，在聚合衬底上沉积Au层，然后再沉积一层Ti粘附层。优选地，利用两端均含有氨基和硫醇官能团的连接分子执行自组装制备处理包括：半胱胺通过硫醇-Au键合自组装在AunanoLCA表面，并且在冲洗未结合的半胱胺分子后，在AunanoLCA上形成半胱胺自组装单分子层，利用AuNP溶液在半胱胺-AunanoLCA衬底上孵育，使得衬底上产生AuNP的自组装单分子层，随后用水冲洗衬底，氮气吹扫残余液体，完成NP-nanoLCA的制备。在保持拉曼测量稳定性和可靠性的同时，本专利技术在此进行采用了三维热点工程技术，以改善SERS效应。本专利技术在三维纳米阵列结构上引入等离子体Au球形纳米颗粒(NP)，利用等离子体效应调节热点的数量和密度。许多研究者主要关注利用二维纳米颗粒阵列优化SERS衬底设计，本专利技术则利用纳米杯周期性脱附膜为模板进行均匀的三维纳米颗粒组装，从而实现该衬底上的三维等离子体耦合。纳米颗粒和纳米杯阵列的等离子体激元之间大量三维等离子体激元耦合中观察到的SERS增强因子强于2D纳米颗粒阵列，因为强电场约束导致热点更加密集。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：图1示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的纳米颗粒莱可格斯杯器件的示意图。图2示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的纳米颗粒莱可格斯杯器件的制备方法的流程图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。具体实施方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。实现SERS的最低要求是在传感表面附近存在等离子体激元共振，而SERS增强因子的强弱则与等离子体共振条件和SERS检测条件的密切程度紧密相关。拉曼信号可在强激发能作用下放大。由于等离子体共振条件附近存在强电场约束和散射现象，可以匹配等离子体共振与激发源波长实现SERS额外增强。为提升SERS性能，在等离子体对象附近也使用成对发色团进行了类似的研究。等离子体共振波长与激发激光波长相匹配时，激发分子振动的光子越多，拉曼散射越强。大多数SERS衬底均专门用于实现与拉曼激发波长匹配的等离子体共振条件(例如，785nm)。此种纳米结构工程的主要缺陷在于测量条件限制，部分目标分子的检测需要不同的激光激发能量或波长。为能感应具有不同拉曼探测条件(例如，不同激发激光波长)的目标，需要采用能容易调节的一种等离子体共振条件易于调节的SERS衬底。本文介绍了一种由纳米杯阵列构成的等离子体衬底，它是一种多功能、高效、稳定的SERS传感器。比色特性是纳米杯阵列所引致的一种特征等离子体效应：可见光范围内的透射或反射峰随等离子体共振条件的改变而移动，因此，器件表面相应的颜色在透射或反射模式下发生变化。周围折射率(RI)发生变化时，等离子体共振条件发生较灵敏的变化，通过使用这种比色特性的纳米杯阵列提供一种额外自由度调节SERS性能。换而言之，传感表面的RI变化使得等离子体共振波长与拉曼激发源波长匹配，进一步提高SERS增强因子(EF)。基于此种比色纳米杯阵列衬底-即所谓的纳米-Lycurgus杯(莱可格斯杯)阵列(nanoLCA)衬底，本专利技术通过操作该传感衬底上的传感介质展示了一种可调节SERS增强因子。虽然nanoLCA(纳米LCA)本身具备良好的SERS性能，但在Au纳米杯阵列上添加AuNP可实现更显著的改善；其实现方式为：等离子体传感表面组装等离子体NP，从而形成更密集的热点。示意图(图1)展示了通过在nanoLCA上进行NP组装增强SERS改善效果的想法。<第一实施例>图1示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的纳米颗粒莱可格斯杯器件的示意图。如图1所示，根据本专利技术优选实施例的纳米颗粒莱可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于包括柱体结构，其中柱体结构包括布置在具有纳米孔道阵列结构的聚合衬底上的纳米柱、形成在纳米柱表面的Au层、形成在Au层表面的Ti粘附层以及在Ti粘附层表面的等离子体Au球形纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于包括柱体结构，其中柱体结构包括布置在具有纳米孔道阵列结构的聚合衬底上的纳米柱、形成在纳米柱表面的Au层、形成在Au层表面的Ti粘附层以及在Ti粘附层表面的等离子体Au球形纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于，Au球形纳米颗粒是自组装等离子体纳米颗粒。3.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于，Au球形纳米颗粒与底层等离子体纳米结构之间具有强约束电场的宏观均匀等离子体耦合。4.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于，纳米颗粒莱可格斯杯器件包括：多个柱体结构。5.根据权利要求4所述的纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于，多个柱体结构以矩阵形式形成在基底上。6.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于，Au层103的厚度为90nm。7.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒莱可格斯杯器件，其特征在于，Ti粘附层104的厚度为90nm。8.一种根据权利要求1至7之一所述的纳米颗粒莱可格斯杯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钢，许浩，
申请(专利权)人：量准上海医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31