一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法，包括：在SiO

【技术实现步骤摘要】
一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法
本专利技术属于微纳米结构制备
，特别是涉及一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法。
技术介绍
由于表面增强拉曼光谱具有高灵敏度和独特的分子指纹谱信息，近年来已经开展了大量的相关研究。根据世界卫生组织的统计，截至2015年，造成死亡的十大原因包括神经系统疾病、糖尿病、心血管疾病、癌症和病毒性疾病等。大多数疾病都开始于细胞状态的微小变化，而其中发生变化的物质浓度非常低；基于此，表面增强拉曼在疾病的早期检测中具有巨大优势。经过数十年的发展，表面增强拉曼散射(SERS)技术在生物传感和疾病早期检测中的应用取得了长足的进步。通过检测相关的测试物，有望实现对神经系统疾病、糖尿病、心血管疾病、癌症和病毒感染性疾病的早期诊断；其中，测试物包括神经递质、葡萄糖、蛋白质和细胞。SERS技术在生物检测中的发展得益于对SERS衬底的研究，但同时也受到其限制，制备一种大面积均匀、高灵敏且通用型的SERS衬底将极大地促进SERS技术的实际应用。在过去的几十年中，开发了许多方法用于制造包含各种纳米结构的SERS衬底。对于基于固体表面的衬底，常用的制造方法可分为两种：在固体基底上直接合成金属纳米颗粒或将金属纳米颗粒固定在衬底上；通过微纳加工在固体基底上制备纳米结构。其中前一种方法主要包括化学湿法合成法，该方法能够大面积地制备由各种形状的纳米粒子组成的SERS基底；微纳加工方法能制备更加规则的纳米结构，例如纳米孔、纳米盘、纳米三角形和纳米金字塔。对比上述两种方法，固体基底上的金属纳米颗粒具有成本低，易于大规模制备，灵敏度高等优点，但均匀性差，且需要对合成参数进行精确的控制。微纳加工方法能实现更好的均匀性，更规则的形状和更有序的阵列，进而提高SERS的可重复性；但是仍然难以实现不同尺寸分析物的通用性测试。其中，纳米金字塔型SERS衬底的开放型热点使其具有检测不同尺度分子的潜力，但是要实现大规模的均匀性同时保持低成本仍然具有很大难度。如果使用电子束光刻技术，会导致制备大面积衬底的成本非常高。对于非固体基底的SERS衬底，如金属纳米颗粒分散液，存在热点稀疏且分布随机的缺点，并由此导致在高度稀释的溶液中，待测分子和热点恰好重合的概率很低。此外，基于有标签的间接SERS方法存在不可避免的假阳性问题。综上，亟需一种新的制备表面增强拉曼散射衬底的方法，以实现大面积结构、信号均匀，具有高灵敏性，对不同尺度的分子的通用性，以及无标签检测能力衬底的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术方法制备的衬底具有大面积结构均匀的特点；具有高灵敏性；对不同尺度的分子具有通用性；具有无标签检测能力。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在SiO2/Si(001)衬底上制备密排纳米微球二维胶体晶体层，获得二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品；步骤2，将步骤1获得的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球的直径减小，获得处理后的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品；步骤3，将步骤2获得的处理后的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球作掩模，在衬底样品设置有纳米微球的一面沉积金属薄膜，获得二维胶体晶体-金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品；步骤4，剥离步骤3获得的二维胶体晶体-金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球二维胶体晶体层，获得金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品；步骤5，以步骤4获得的金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品中的金属薄膜作掩模，采用干法刻蚀SiO2层，获得金属薄膜掩模-SiO2掩模层-Si(001)衬底样品；步骤6，以步骤5获得的金属薄膜掩模-SiO2掩模层-Si(001)衬底样品中的SiO2层作掩模，采用湿法刻蚀Si(001)衬底，形成倒金字塔结构，获得金属薄膜掩模-SiO2掩模层-带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品；步骤7，对步骤6获得的金属薄膜掩模-SiO2掩模层-带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品，剥离SiO2层和金属薄膜，获得带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品；步骤8，将步骤7获得的带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品作为表面增强拉曼散射衬底的Si模板；在Si(001)模板上制备贵金属薄膜，得到带金字塔结构的贵金属膜-Si(001)模板；步骤9，使用胶黏剂，将步骤8中得到的贵金属膜转移到新的Si衬底上；其中，金字塔结构外露，得到带金字塔结构的贵金属膜-胶黏剂-Si衬底样品；步骤10，在贵金属金字塔结构表面转移一层石墨烯，得到石墨烯-带金字塔结构的贵金属膜-胶黏剂-Si衬底，完成制备。本专利技术的进一步改进在于，步骤1中，制备密排纳米微球二维胶体晶体层的方法包括：旋涂法、滴涂法、浸涂法、电泳沉积法以及气液界面自组装法；其中，气液界面自组装法包括Langmuir-Blodgett膜法；制备密排纳米微球二维胶体晶体层时，使用的单分散纳米微球为分散液形式；纳米微球的材质为聚合物材质；纳米微球的直径分布范围为50nm～10μm。本专利技术的进一步改进在于，步骤2中，所述将步骤1获得的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球的直径减小的步骤具体包括：使用等离子体刻蚀的方法减小纳米微球的直径。本专利技术的进一步改进在于，步骤2中，所述使用等离子体刻蚀时采用的设备包括：感应耦合等离子体刻蚀机、反应离子刻蚀机或等离子体去胶机。本专利技术的进一步改进在于，步骤3中，所述在衬底样品设置有纳米微球的一面沉积金属薄膜的步骤具体包括：使用电子束蒸镀方法进行金属薄膜的生长；所述金属薄膜的金属材料为Cr、Ti、Ni、Fe、Cu、Au或Pt。本专利技术的进一步改进在于，步骤4中，剥离纳米微球二维胶体晶体层的步骤包括：二维胶体晶体层使用氧等离子体清洗，并在有机溶剂中超声、溶解；其中，有机溶剂为丙酮、三氯甲烷、二氯苯、二氯甲烷、甲苯或二甲苯。本专利技术的进一步改进在于，步骤5具体包括：使用单向性反应刻蚀方法刻蚀SiO2层；其中，使用的反应性气体为CF4、CHF3、SF6、NF3、BCl3或Cl2。本专利技术的进一步改进在于，步骤6具体包括：使用KOH溶液对Si(001)衬底进行湿法腐蚀，形成倒金字塔结构；其中，使用的KOH溶液浓度为质量分数5％～64％；刻蚀过程中对反应溶液进行搅拌。本专利技术的进一步改进在于，步骤8中，在Si(001)模板上制备贵金属薄膜的方法包括但不限于：物理气相沉积和化学气相沉积；所述物理气相沉积包括磁控溅射、电子束蒸镀；所述化学气相沉积包括原子层沉积；制备的贵金属为Au、Ag、Cu。本专利技术的进一步改进在于，步骤10中，选用的石墨烯是使用化学气相沉积方法生长于铜上的单层石墨烯。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，在SiO

【技术特征摘要】
1.一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在SiO2/Si(001)衬底上制备密排纳米微球二维胶体晶体层，获得二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品；
步骤2，将步骤1获得的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球的直径减小，获得处理后的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品；
步骤3，将步骤2获得的处理后的二维胶体晶体-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球作掩模，在衬底样品设置有纳米微球的一面沉积金属薄膜，获得二维胶体晶体-金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品；
步骤4，剥离步骤3获得的二维胶体晶体-金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品中的纳米微球二维胶体晶体层，获得金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品；
步骤5，以步骤4获得的金属薄膜-SiO2/Si(001)衬底样品中的金属薄膜作掩模，采用干法刻蚀SiO2层，获得金属薄膜掩模-SiO2掩模层-Si(001)衬底样品；
步骤6，以步骤5获得的金属薄膜掩模-SiO2掩模层-Si(001)衬底样品中的SiO2层作掩模，采用湿法刻蚀Si(001)衬底，形成倒金字塔结构，获得金属薄膜掩模-SiO2掩模层-带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品；
步骤7，对步骤6获得的金属薄膜掩模-SiO2掩模层-带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品，剥离SiO2层和金属薄膜，获得带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品；
步骤8，将步骤7获得的带倒金字塔结构的Si(001)衬底样品作为表面增强拉曼散射衬底的Si模板；在Si(001)模板上制备贵金属薄膜，得到带金字塔结构的贵金属膜-Si(001)模板；
步骤9，使用胶黏剂，将步骤8中得到的贵金属膜转移到新的Si衬底上；其中，金字塔结构外露，得到带金字塔结构的贵金属膜-胶黏剂-Si衬底样品；
步骤10，在贵金属金字塔结构表面转移一层石墨烯，得到石墨烯-带金字塔结构的贵金属膜-胶黏剂-Si衬底，完成制备。


2.根据权利要求1所述的一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法，其特征在于，步骤1中，制备密排纳米微球二维胶体晶体层的方法包括：旋涂法、滴涂法、浸涂法、电泳沉积法以及气液界面自组装法；其中，气液界面自组装法包括Langmuir-Blodgett膜法；
制备密排纳米微球二维胶体晶体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛刚，武和平，任巍，赵刚，姜陆月，赵金燕，张易军，赵慧丰，代立言，王哲，余雯瑾，谢瑱，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61