一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及SERS检测技术领域，更具体的说是一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片及其制备方法。本发明专利技术在粗糙硅基底表面沉积一层高SERS活性的银膜，然后沉积一层薄的金膜，保护银的稳定性，最后在具有纳米结构的等离子体金属(金、银)上包覆一层超薄(<10nm)的金属氧化物敏感材料，作为表面修饰层。其中，硅基底提供粗糙纳米结构，银提供高的SERS活性，金保护银的稳定性，氧化物层提供捕获分子的能力。该芯片用于气相糜烂性毒剂检测时可与毒剂分子发生强烈的相互作用，基于羟基诱导的特异性结合机制，能够有效地捕获目标分子，实现目标分子的检测，解决了气相糜烂性毒剂检测难的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及SERS检测
，更具体的说是一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]糜烂性毒剂作为一种致死性化学战剂，具有高毒性、高发病率等特点。其主要代表有芥子气、路易氏剂和氮芥。由于糜烂性毒剂制备简单、易于运输，易被恐怖组织或个体所利用，严重威胁着公众的安全。最可能的使用途径是通过气溶胶/蒸气接触裸露在外的皮肤、眼睛和呼吸道。因此，需要开发一种理想的检测技术，能够对气相糜烂性毒剂进行快速、选择性和灵敏的检测。
[0003]目前，现场检测系统主要有离子迁移光谱、火焰光度法、红外光谱、光电离检测器、气相色谱—质谱等。这些系统的或多或少的具有以下缺点，如成本高、操作复杂、选择性差、容易受到干扰而产生误报。环境条件如温度、压力和湿度也可能对这些探测器的性能有显著影响。化学掺杂检测纸价格低廉，使用携带方便，但相对不敏感，无特异性，容易出现误报。而SERS具有指纹识别和分子灵敏度等特点，可实现毒剂与仪器无接触检测，是一种合适的、有发展前景的、可快速、痕量检测的方法。但由于毒剂分子与单纯的贵金属基底相互作用较弱，这将导致捕获目标分子困难和无效的检测，限制了SERS检测技术在糜烂性毒剂检测方面的应用。但高效、微量地检测气相环境中的高毒性分子对保障人民安全具有重要意义。中国专利技术专利CN108333168A公开了一种利用卫星结构的增强拉曼检测方法，在金(或银)纳米颗粒表面包覆一层薄的氧化物壳层，隔绝待测分子与金属的相互作用，然后在表面修饰一层纳米材料(如Pt，Pd)，用于吸附待测分子，通过选择不同的纳米材料，可实现不同有机物的检测。但此方法需经过一系列的化学合成制备，易残留有机物，干扰检测，并且纳米颗粒滴注法制备的基底信号均匀性差，重复性差。因此，开发一种稳定的、信号均匀性好的，适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决SERS技术用于气相糜烂性毒剂检测难的问题，提供一种具有高效可靠的气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片及其制备方法。
[0005]为了解决本专利技术的技术问题，所采取的技术方案为，一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片，包括硅纳米锥基底，所述硅纳米锥基底的一面凸起形成硅纳米锥阵列，所述硅纳米锥阵列由多个硅纳米锥有序排列而成，在所述硅纳米锥阵列的表面从下到上依次附着有银膜、金膜和金属氧化物薄膜，所述银膜的厚度为20
‑
50nm，所述金膜的厚度为2
‑
10nm，所述金属氧化物薄膜为除金和银以外金属的氧化物薄膜，厚度为2
‑
10nm。
[0006]作为适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片进一步的改进：
[0007]优选的，所述金属氧化物薄膜为氧化铜薄膜、氧化铝薄膜、氧化镁薄膜中的一种。
[0008]优选的，所述硅纳米锥的高度为60
‑
200nm，根部直径为80
‑
150nm，锥体尖端直径为
5
‑
30nm，顶部锥角为30
‑
60度，相邻硅纳米锥之间的最小间距为80
‑
150nm。
[0009]为解决本专利技术的技术问题，所采取的另一个技术方案为，一种上述任意一项所述适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片的制备方法，包括如下步骤：S1、在硅平面基底上有序排列胶体球，然后进行反应离子刻蚀制得表面粗糙的硅纳米锥基底；
[0010]S2、在硅纳米锥基底粗糙的上表面依次沉积银膜和金膜，制得具有高SERS活性的金/银/硅纳米锥基底；
[0011]S3、在金/银/硅纳米锥基底粗糙的上表面沉积除金和银以外的其他金属膜，然后用10
‑
30％wt的双氧水氧化形成其他金属氧化膜，即制得适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片。
[0012]作为上述任意一项所述适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片的制备方法进一步改进：
[0013]优选的，所述胶体球为单层密排的80
‑
120nm尺径的聚苯乙烯微球。
[0014]优选的，步骤S2和S3中所述沉积技术为磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发中的一种。
[0015]优选的，步骤S3中所述其他金属膜为铜膜、铝膜或镁膜中的一种。
[0016]优选的，步骤S3所述的SERS检测芯片在用于气相糜烂性毒剂检测时切成边长为2
‑
10mm正方形状的薄片。
[0017]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0018]1)本专利技术在粗糙硅基底表面沉积一层高SERS活性的银膜，然后沉积一层薄的金膜，保护银的稳定性，最后在具有纳米结构的等离子体金属(金、银)上包覆一层超薄(2
‑
10nm)的金属氧化物敏感材料，作为表面修饰层。其中，硅基底提供粗糙纳米结构，银提供高的SERS活性，金保护银的稳定性，氧化物层提供捕获分子的能力。
[0019]2)本专利技术在裸芯片表面包覆一层超薄金属氧化物敏感层，该芯片用于气相糜烂性毒剂检测时可与毒剂分子发生强烈的相互作用，基于羟基诱导的特异性结合机制，能够有效地捕获目标分子，实现目标分子的检测，解决了气相糜烂性毒剂检测难的问题。
[0020]3)相比有机修饰层，金属氧化物具有简单的拉曼谱，不会干扰目标分子的识别，并且具有很强的稳定性。专利技术设计的芯片相比于金@氧化物或银@氧化物核壳结构，具有稳定性好，信号均匀性优以及可批量重复制备等特点。
[0021]4)本专利技术设计的芯片主要采用物理方法制备，表面清洁度高，不会引入杂质干扰。
附图说明
[0022]图1是本专利技术SERS检测芯片的结构；
[0023]图2是SERS检测芯片的扫描电镜的俯视照片；
[0024]图3是实施例1制备的金/银/硅纳米锥基底和SERS检测芯片分别暴露于2
‑
CEES蒸气(2000ppm)3h的拉曼光谱；
[0025]图4是SERS检测芯片用于检测毒剂分子的示意图；
[0026]图5是SERS检测芯片表面羟基诱导的特异性结合反应示意图；
[0027]图6是实施例2制得的氧化镁、氧化铝包覆金/银/硅纳米锥的SERS检测芯片的拉曼光谱；
[0028]图7是实施例3制得的不同氧化镁包覆层厚度的SERS检测芯片的拉曼光谱。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例1
[0031]一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0032]S1、采用胶体球模板辅助反应离子刻蚀技术制备硅纳米锥阵列，优选单层密排的1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片，其特征在于，包括硅纳米锥基底，所述硅纳米锥基底的一面凸起形成硅纳米锥阵列，所述硅纳米锥阵列由多个硅纳米锥有序排列而成，在所述硅纳米锥阵列的表面从下到上依次附着有银膜、金膜和金属氧化物薄膜，所述银膜的厚度为20
‑
50nm，所述金膜的厚度为2
‑
10nm，所述金属氧化物薄膜为除金和银以外金属的氧化物薄膜，厚度为2
‑
10nm。2.根据权利要求1所述的适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片，其特征在于，所述金属氧化物薄膜为氧化铜薄膜、氧化铝薄膜、氧化镁薄膜中的一种。3.根据权利要求1或2所述的适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片，其特征在于，所述硅纳米锥的高度为60
‑
200nm，根部直径为80
‑
150nm，锥体尖端直径为5
‑
30nm，顶部锥角为30
‑
60度，相邻硅纳米锥之间的最小间距为80
‑
150nm。4.一种权利要求1或2或3所述适用于气相糜烂性毒剂的SERS检测芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪文，崔锡荣，蔡伟平，
申请(专利权)人：山东智微检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：