基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法及SERS平台和应用技术

本发明专利技术涉及分析物浓缩检测领域，具体公开了一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法及SERS平台和应用，制备方法包括如下步骤：采用激光雕刻机在聚亚酰胺薄膜表面制备激光诱导石墨烯，得到具有玫瑰花瓣效应的超疏水芯片；在激光诱导石墨烯的部分表面涂覆有机溶剂，得到具有荷叶效应的超疏水芯片，所述荷叶效应区域的粘附性能低于玫瑰花瓣效应区域的粘附性能；通过调控有机溶剂涂覆的位置和面积，实现荷叶效应区域和玫瑰花瓣效应区域的无缝组装，从而形成具有荷叶效应

【技术实现步骤摘要】
基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法及SERS平台和应用


[0001]本专利技术涉及分析物浓缩检测领域，特别涉及一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法及SERS平台和应用。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射(SERS)技术以其极高的灵敏度、荧光背景低、对检测样品无损等优势，被广泛应用于化学工业分析、环境监测、生物分析以及医学检测等诸多领域。在单分子检测的应用方面，SERS技术具有超高的分辨率，可检测超低浓度溶液中的分子。
[0003]研究表明，贵金属纳米结构基底及散落的金属纳米粒子可以提供强的局域电磁场
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热点(Hot Spot)，当分析物分子吸附在强电磁场中时，分子的拉曼散射信号被显著提高。但是分散在溶液中的分子容易产生扩散限制效应，导致金银纳米颗粒之间的距离比较大，不能形成一个很强的电磁场增强基底。如何缩小纳米颗粒之间的间隙尺寸，获得一个强活性的SERS基底是一个亟待解决的问题。在过去的十年中，研究者利用溶胶
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凝胶法、模板法、电子束光刻法、气相沉积法和电沉积/电腐蚀方法制备了新型SERS基底，设计优化了具有活性的SERS平台，通过制造更有效的“热点”来提高SERS检测的灵敏度。然而，所涉及的设备和制造程序既昂贵又复杂，大大限制了常规SERS测量的适用性。
[0004]近年来，超疏水表面增强拉曼散射(S
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SERS)技术因其对分析物具有很强的富集能力而成为一个新的研究热点。研究者受到大自然的启发(如荷叶、蝉翅、蚊子的复合眼和玫瑰花瓣等)，采用光刻技术、表面沉积技术等构建了超疏水仿生表面(金属蝴蝶翅膀鳞片基底、蝴蝶翅膀@银纳米颗粒基底、干玫瑰花瓣@银基底)等来提高SERS的检测灵敏度。然而，利用天然的生物材料依然具有一定的局限性，如保存时间短，携带困难，检测时间长等，且生物材料的表面性质较为单一，也制约了SERS检测的时效性与灵敏度。对新型基底的进一步探索可为SERS的实际应用打开新的发展方向。目前石墨烯介导的SERS基底已被证明具有良好的SERS性能。研究者通过多种物理化学方法制备石墨烯SERS活性平台，实现了罗丹明6G(R6G)的单分子检测。然而，大多数的石墨烯SERS基底制备过程复杂，检测周期长，检测灵敏度低，稳定性差，这都阻碍了石墨烯在SERS基底制备中的应用。
[0005]鉴于以上研究成果，将超疏水仿生SERS技术与石墨烯SERS技术相结合，制备简单实用的新型基底，是拉曼增强领域非常重要的技术和方法。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法及SERS平台和应用，以达到制备过程简单、超疏水性质优良，可以实现分析物的超低浓度、超高灵敏度和高速检测的目的。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)采用激光雕刻机在聚亚酰胺薄膜表面制备激光诱导石墨烯，得到具有玫瑰花
瓣效应的超疏水芯片；
[0010](2)在激光诱导石墨烯的部分表面涂覆有机溶剂，得到具有荷叶效应的超疏水芯片，所述荷叶效应区域的粘附性能低于玫瑰花瓣效应区域的粘附性能；
[0011](3)通过调控有机溶剂涂覆的位置和面积，实现荷叶效应区域和玫瑰花瓣效应区域的无缝组装，从而形成具有荷叶效应
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玫瑰花瓣效应的超疏水集成芯片。
[0012]上述方案中，所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇、石油醚、环己烷、二氯甲烷、乙腈中的一种。
[0013]一种基于仿生的SERS平台，采用上述制得的超疏水集成芯片，包括依次连接的风机、缓冲室和实验样槽，所述缓冲室内安装有风速传感器，所述风速传感器连接风速显示器，所述实验样槽为透明有机玻璃制成的两端开口结构，内部设置超疏水集成芯片，所述超疏水集成芯片底部设置加热片，所述加热片连接源表；所述实验样槽顶部开设样品入口；所述实验样槽外部位于超疏水集成芯片区域两侧分别设置高速显微摄像机和LED光源。
[0014]上述方案中，所述实验样槽中部为长方体结构，两端为喇叭状开口结构，所述长方体结构的两端设置层流板。
[0015]上述方案中，所述样品入口处设置移液器。
[0016]上述方案中，所述高速显微摄像机连接计算机。
[0017]上述方案中，所述风机上连接有无极调节按钮。
[0018]一种基于仿生的SERS平台在分析物浓缩检测中的应用。
[0019]所述应用包括如下步骤：
[0020]第一步，打开源表，通过调节电压，控制加热片的加热温度，使其温度达到稳定；
[0021]第二步，开启风机，旋转无极调节按钮，产生恒定速度的层流气流；
[0022]第三步，开启高速显微摄像机和LED光源，做好拍摄准备；
[0023]第四步，使用移液器抽取的含金纳米颗粒和分析物的液滴，通过实验样槽顶端的样品入口滴入实验样槽内的超疏水集成芯片的荷叶效应区域，液滴在气流推动下，滚至玫瑰花瓣效应区域，在滚动过程中液滴中的液体不断蒸发，最终液滴中的液体在玫瑰花瓣效应区域完全蒸发，实现金纳米颗粒和分析物的富集；在此过程中，高速显微摄像机对液滴进行拍摄，并将拍摄的图像传输给计算机；
[0024]第五步：富集结束后，关闭风机、高速显微摄像机和LED光源，取出超疏水集成芯片，由拉曼检测仪完成分析物的检测。
[0025]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法及SERS平台和应用具有如下有益效果：
[0026]1、本专利技术制得的超疏水集成芯片，在荷叶效应区域可以液滴的实现无损滚动，以及液滴内部金纳米颗粒和分析物分子的均匀混合和分布；在滚动过程中，液滴中的液体不断蒸发；在玫瑰花瓣效应区域，可以实现液滴的稳定固定和液体的完全蒸发，完成金纳米颗粒和分析物分子的高密度聚集，最终实现分析物的高灵敏检测。
[0027]2、本专利技术利用制得的超疏水集成芯片搭建了一个具有强活性的SERS平台，可以实现分析物的超低浓度、超高灵敏度、高速检测。
[0028]3、本专利技术所制备的SERS平台的基底加热片表面热点分布均匀、面积大，可提高SERS信号灵敏性、重复性和稳定性。
[0029]4、本专利技术的SERS平台制作方法简单、成本低，可重复性和可操控性强，拉曼增强效果好(检测极限～10
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17
M，增强因子～9.7
×
10
11
)，信号均匀性强(相对标准偏差～5.41％)，效率高(243s/18μL)。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0031]图1为本专利技术实施例所公开的一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法流程示意图，(a)为激光雕刻，(b)为乙醇处理；
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用激光雕刻机在聚亚酰胺薄膜表面制备激光诱导石墨烯，得到具有玫瑰花瓣效应的超疏水芯片；(2)在激光诱导石墨烯的部分表面涂覆有机溶剂，得到具有荷叶效应的超疏水芯片，所述荷叶效应区域的粘附性能低于玫瑰花瓣效应区域的粘附性能；(3)通过调控有机溶剂涂覆的位置和面积，实现荷叶效应区域和玫瑰花瓣效应区域的无缝组装，从而形成具有荷叶效应
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玫瑰花瓣效应的超疏水集成芯片。2.根据权利要求1所述的一种基于仿生的超疏水集成芯片的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇、石油醚、环己烷、二氯甲烷、乙腈中的一种。3.一种基于仿生的SERS平台，采用如权利要求1的超疏水集成芯片，其特征在于，包括依次连接的风机、缓冲室和实验样槽，所述缓冲室内安装有风速传感器，所述风速传感器连接风速显示器，所述实验样槽为透明有机玻璃制成的两端开口结构，内部设置超疏水集成芯片，所述超疏水集成芯片底部设置加热片，所述加热片连接源表；所述实验样槽顶部开设样品入口；所述实验样槽外部位于超疏水集成芯片区域两侧分别设置高速显微摄像机和LED光源。4.根据权利要求3所述的一种基于仿生的SERS平台，其特征在于，所述实验样槽中部为长方体结...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩琳，韩云蕊，张宇，韩应宽，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：