一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法技术

本发明专利技术为一种银‑多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法。一种银‑多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法，包括S10：以硅片为阳极，铂片为阴极，将阳极和阴极置于电解液中进行阳极腐蚀反应，得多层布拉格多孔硅衬底；S20：将所述的多层布拉格多孔硅基底置于硝酸银溶液中进行浸渍处理后，取出干燥，再进行热处理，得所述的银‑多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片。本发明专利技术使用多孔硅作为光子晶体，并使用银颗粒作为增强电磁场的介质，具有放大倍数高、性质稳定、可长期使用、应用范围广、操作简便，人为操作误差较小的特点，可有效放大拉曼信号至几百万倍并减小荧光的干扰，且大大提高保质期、重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法
本专利技术属于生物信号检测材料
，具体涉及一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法。
技术介绍
拉曼信号的增强是通过贵金属纳米颗粒基底和被吸收的目标分子之间的相互作用，由于这些等离子体纳米结构的局域表面等离子体共振[LSPR]而产生较强的拉曼信号,即为表面增强拉曼散射(SERS)。SERS有两种增强模式，一种是化学增强，一种是结构增强。其中，结构增强最有效的方法之一是相邻纳米颗粒之间的等离子体耦合，从而导致相邻纳米结构间隙区域的LSPR显著增加(即“热点”)。在规则排布的多孔硅上合成规则排布的银纳米颗粒可以很好的实现LSPR增强；热处理则可以实现化学增强。近年来很多研究学者通过热处理的手段制备具有较强拉曼信号SERS基底。例如HeguangLiu,YadongXu等人通过热处理金纳米粒子修饰的聚苯乙烯基底来提高SERS信号；DandanYan,WuQiu等人通过对块体MoS2的进一步热处理实现高性能SERS基底，通过热处理可以提供非常有效的热点以增强SERS基底的拉曼信号；AgnesPurwidyantri等人通过对纳米球上的Au膜进行热处理，得到可调节的等离子体激发“热点”。通过热处理能够很好的使相邻纳米颗粒之间的等离子体耦合，从而导致相邻纳米结构间隙区域的电场显著增加(即“热点”)。为此我们将热处理的工艺应用在多孔硅基底上，制备出具有增强效果好，生物兼容性好的SERS基底。多孔硅(PSi)是一种理想的表面增强拉曼基底，由于其表面积大，制备工艺简单，生物兼容性好并且适用于生物大分子的检测。例如M.Futamate等人已经实现单层多孔硅基底上罗丹明6G(R6G)分子的SERS检测。王佳佳等人开发了多孔硅表面光栅，并将其用于SERS的研究。多孔硅光子晶体结构因其独特的光学特性，折射率周期性变化，增加了光于物质的作用时间，磁化强度增强并且具有强烈的局部表面等离子体共振等特性，可以制备成各种光学器件。尽管目前对多孔硅的表面修饰改性方法众多：非金属表面修饰、贵金属表面修饰、过渡金属表面修饰、半导体复合修饰等，但其制备工艺复杂，而且重复性差，保质期短，极大限制了广泛应用。有鉴于此，本专利技术提出一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供提出一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法，制备了银纳米颗粒修饰多层多孔硅表面增强拉曼散射的芯片，使用具有规则空间排布的多层布拉格结构的多孔硅，具有较强的表面等离子体空间分布增强，同时增加了一步高温退火流程，在Ag纳米颗粒表面包了一层很薄的Ag2O外壳，大大增强了重复性，延长了保质期。为了实现上述目的，所采用的技术方案为：一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法，包括以下步骤：S10：以硅片作为阳极，铂片作为阴极，将阳极和阴极置于电解液中进行阳极腐蚀反应，得到多层布拉格多孔硅衬底；S20：将所述的多层布拉格多孔硅基底置于硝酸银溶液中进行浸渍处理后，取出干燥，再进行热处理，得所述的银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片。进一步的，所述的硅片为N型；所述的电解液为由HF和C3H5OH按照1：1的体积比组成。进一步的，所述的硅片在进行阳极腐蚀反应前，需进行化学清洗，具体步骤为：在混合液1中煮沸10min后，在混合液2中煮沸10min，再依次用质量分数为99.5％的CH3COCH3、去离子水超声波清洗15min；其中，所述的混合液1由H2O、H2O2和质量分数为28％的NH3·H2O的组成，其H2O：H2O2：NH3·H2O的体积比为5：1：1；所述的混合液2由H2O、H2O2和质量分数为38％的HCl的组成，其H2O：H2O2：HCl的体积比为6：2：1。进一步的，所述的阳极腐蚀反采取恒压直流电源并伴随恒温搅拌，低折射率层使用电流密度100mA/cm2腐蚀2s，高折射率层在电流密度40mA/cm2腐蚀时间为3s，间隔时间为3s；特征明显的光子带隙、多层结构设计为十五个周期。进一步的，所述的硝酸银溶液中硝酸银的摩尔量浓度为0.01mol/L；所述的热处理的方法为：在空气气氛的马弗炉中进行加热处理后，进行保温处理，再随炉冷却至室温。再进一步的，所述的浸渍处理的时间为30-60s；所述的加热处理的温度为250-350℃，升温速率为5-10℃/min，保温时间为1h。再进一步的，所述的浸渍处理的时间为50s；所述的加热处理的温度为300℃，升温速率为10℃/min。一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片，采用上述的制备方法制备而成。上述的银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片在痕量有机物(浓度为10-6mol/L)快速检测中的应用。进一步的，所述的在分子快速检测中的应用为在放大罗丹明6G以及血清中特征拉曼信号峰的应用。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备的具有多层布拉格结构的多孔硅，相比于单层多孔硅，该结构具有更强的表面等离子体空间增强效果。(2)本专利技术中通过使10-20nm大小的银纳米颗粒沉积在多层布拉格结构多孔硅上，通过银的表面等离子体共振效果，使得拉曼信号增强效果得到提高。(3)本专利技术制备获得多层布拉格结构多孔硅后，以硝酸银作为银源，将阳极腐蚀后得到的多层布拉格结构多孔硅置于硝酸银溶液中，多孔硅的界面端具有还原性，可以将溶液中的银离子还原为银纳米颗粒，最后将样品取出后通过高温退火实现银纳米颗粒牢固修饰在纳米多孔硅表面上，使得制备的银纳米颗粒修饰多层多孔硅表面增强拉曼散射芯片具有较高的增强拉曼信号能力，而且具有较好的重复性与保质期。通过进行高温退火，使得银纳米颗粒表面包覆了一层Ag2O的壳，增强了表面增强拉曼散射效果，同时也阻碍的纳米银在空气中的缓慢氧化，大大提高了保质期和重复性。而传统的方法要么使用单层的多孔硅，然而单层多孔硅无法利用光子晶体理论中的表面等离子体空间分布增强，导致增强信号弱；要么还原银后直接使用，重复性差，而且有效期只有1个月。(4)本专利技术制备获得的银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片材料专利技术可广泛应用于医疗、食品安全、环境水中痕量有机污染物的检测，性质稳定，可长期使用，安全环保。(5)本专利技术的银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片材料可广泛应用于生物信号痕量检测、药品信号痕量检测、环境水体中的有害物质痕量检测，放大倍数高，性质稳定，可长期使用。在532nm激光照射下，该银表面修饰多孔硅基表面增强拉曼散射芯片材料能够将罗丹明6G的拉曼特征信号放大1000000倍，将乳腺癌患者血清中的特征拉曼信号放大了5000倍，表现出优异的增强效果和和稳定性。附图说明图1为实施例中银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片材料对R6G浓度在10-6-10-13范围的SERS光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS10：以硅片作为阳极，铂片作为阴极，将阳极和阴极置于电解液中进行阳极腐蚀反应，得到多层布拉格多孔硅衬底；/nS20：将所述的多层布拉格多孔硅基底置于硝酸银溶液中进行浸渍处理后，取出干燥，再进行热处理，得所述的银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片。/n

【技术特征摘要】
1.一种银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：以硅片作为阳极，铂片作为阴极，将阳极和阴极置于电解液中进行阳极腐蚀反应，得到多层布拉格多孔硅衬底；
S20：将所述的多层布拉格多孔硅基底置于硝酸银溶液中进行浸渍处理后，取出干燥，再进行热处理，得所述的银-多孔硅基表面增强拉曼散射的生物检测芯片。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述的硅片为N型；
所述的电解液为由HF和C3H5OH按照1：1的体积比组成。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述的硅片在进行阳极腐蚀反应前，需进行化学清洗，具体步骤为：在混合液1中煮沸10min后，在混合液2中煮沸10min，再依次用质量分数为99.5％的CH3COCH3、去离子水超声波清洗15min；
其中，所述的混合液1由H2O、H2O2和质量分数为28％的NH3·H2O的组成，H2O：H2O2：NH3·H2O的体积比为5：1：1；
所述的混合液2由H2O、H2O2和质量分数为38％的HCl的组成，H2O：H2O2：HCl的体积比为6：2：1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述的阳极腐蚀反采取恒压直流电源并伴随恒温...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯军伟，马小荣，张元勃，刘亚锋，张志强，陈晨，严紫薇，吕小毅，陈紫荆，惠泽友，
申请(专利权)人：新疆艾旗斯德检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65