基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片及其制备方法，所述芯片包括多个检测孔，每个检测孔均由多个V形Au纳米孔阵列组成，Au纳米孔阵列中分布Au纳米粒子形成Au纳米孔谐振腔的增强结构；所述方法首先在基板上镀制Al膜，接着将Al膜进行腐蚀氧化，然后在腐蚀氧化后的Al膜上沉积Au薄膜，最后在V形Au纳米孔阵列上滴加Au纳米粒子得到SERS芯片。本发明专利技术公开的芯片通过尺寸效应特异性捕获病毒颗粒，且基于谐振腔体增强效应，有效地激发病毒的整体拉曼信号，极大地提高拉曼信号的重现性，实现对不同病毒的区分；本发明专利技术公开的制备方法操作简单、可重复性高，可以实现芯片大面积的均匀制备。匀制备。匀制备。

【技术实现步骤摘要】
基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于呼吸道病毒快速检测领域，具体涉及一种基于谐振腔的多通道病毒检测 SERS芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]呼吸道病毒是威胁人类健康的重要杀手。通常，由呼吸道病毒感染所表现出的临床症状极为相似，难以通过简单的症状观察判断所感染的病毒种类，目前呼吸道病毒的实验室检测主要基于实时荧光聚合酶链反应 (RT
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PCR)检测病毒核酸，实验步骤较多，检测时间较长。更重要的是需针对不同病毒使用不同的引物进行扩增，难以实现对不同呼吸道病毒的多联检测。
[0003]表面增强拉曼光谱(SERS)技术可获得病毒的指纹光谱，能快速、精准、实时地检测和分辨不同病毒分子，实现对不同呼吸道病毒的多联检测。SERS芯片是表面增强拉曼光谱检测的核心技术，目前尚缺乏有效的用于呼吸道病毒快速检测的SERS芯片。
[0004]专利(CN111665356A)公开了一种基于SERS的病毒检测方法及装置，通过将具有SERS 活性的金或银溶胶
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凝胶固定在通道中，并利用抗体特异性捕获病毒实现对病毒的快速检测。但由于溶胶
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凝胶类SERS基底的拉曼增强热点十分狭小(＜10nm)与常见病毒颗粒的尺寸 (＞40nm)相差很大，难以有效激发病毒的整体拉曼信号导致病毒的拉曼信号重现性差，无法用于复杂临床体系的检测；专利(CN112326630B)公开了一种用于新型冠状病毒检测的 SERS芯片及其制备方法，该SERS芯片具有多层岛状结构，可通过调节纳米孔隙捕获病毒颗粒实现对新冠病毒的快速检测，但该SERS芯片微观结构无序，导致拉曼信号重复性较差，难以区分不同病毒；专利(CN111879753A)公开了一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底及制备方法，该SERS衬底为锥形的贵金属纳米阵列，可有效捕获病毒颗粒，实现拉曼检测，但该SERS衬底增强热点主要位于纳米锥尖端，此外该衬底采用聚苯乙烯自组装方法制备，该方法往往存在较多缺陷，难以实现大面积均匀制备。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片及其制备方法，该芯片基于谐振腔体增强效应，有效地激发病毒的整体拉曼信号，极大地提高拉曼信号的重现性，实现对不同病毒的区分；该制备方法操作简单、可重复性高，可以实现芯片大面积的均匀制备。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片，所述芯片包括多个检测孔，每个检测孔均由多个V形Au纳米孔阵列组成，所述Au纳米孔中分布Au纳米粒子形成Au纳米孔谐振腔的增强结构；所述Au纳米孔中部的直径小于待检测病毒的直径最小值。
[0007]优选的，所述V形Au纳米孔的上端直径范围为100nm～1000nm，Au纳米孔内壁镀Au 厚度为25nm～125nm。
[0008]优选的，所述Au纳米粒子直径为30～80nm。
[0009]一种基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片的制备方法，所述方法包括：
[0010]S1：采用磁控溅射技术在具有多个凹槽的光滑基板表面沉积Al薄膜；
[0011]S2：采用多步阳极氧化技术对沉积了Al薄膜的基板进行腐蚀，在Al薄膜表面制备具有 V形纳米孔阵列的阳极氧化铝；
[0012]S3：采用磁控溅射技术在阳极氧化铝表面沉积Au薄膜形成V形Au纳米孔阵列；
[0013]S4：采用化学合成方法合成Au纳米粒子；
[0014]S5：将一定体积Au纳米粒子滴加至V形Au纳米孔阵列表面形成V形Au纳米谐振腔阵列增强结构。
[0015]优选的，所述基板为玻璃基板、铝基板或有机塑料基板；所述凹槽尺寸为长宽或者直径为5～10mm，深度为1～3mm，每个凹槽对应一个检测通道。
[0016]优选的，所述Al薄膜厚度为2～10μm。
[0017]优选的，所述多步阳极氧化技术包括以下步骤：
[0018]2.1：将沉积了Al膜的基板浸入温度为2～5℃，浓度为0.1～0.5M的草酸溶液中；
[0019]2.2：用恒电位仪对沉积了Al膜的基板进行阳极化处理，加载30～60V直流电压维持10～30 分钟，之后逐渐将加载电压升高至120～150V维持10～30分钟，再将加载电压升高至150～180V 维持1～2小时；
[0020]2.3：将阳极化处理后的沉积了Al膜的基板浸入温度为40～60℃的1.5wt％铬酸和5wt％磷酸混合溶液中刻蚀5～10小时；
[0021]2.4：将刻蚀后的沉积了Al膜的基板浸入温度为10～40℃，浓度为4～10wt％的磷酸溶液中，用恒电位仪对镀Al基板进行二次阳极化处理，加载120～150V直流电压维持1～20分钟。
[0022]优选的，所述步骤S3中，Au薄膜厚度为25～125nm。
[0023]优选的，所述化学合成方法的具体过程如下：将80～200ml浓度为200～350μM的氯金酸溶液加热至100℃，并加入8～20ml浓度为30～60mM的柠檬酸钠充分搅拌，待溶液变为酒红色后，继续反应约30～60分钟，随后冷却至室温，获得Au纳米粒子。
[0024]优选的，所述步骤S5中的一定体积为为2～10μl。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026](1)本专利技术公开的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片，该芯片能够利用尺寸效应对病毒进行特异性捕获，其中尺寸大于V形Au纳米孔上端直径的病毒颗粒将截留在孔外部，尺寸过小的杂质颗粒将落入孔底部，只有颗粒尺寸与V形Au纳米孔相匹配的病毒颗粒才能进入V形Au纳米孔中部的拉曼增强区域，从而实现对病毒颗粒的特异性捕获，提高了对病毒拉曼信号的识别能力；
[0027](2)本专利技术公开的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片，由于病毒颗粒将整体落入Au纳米V形孔内部，基于体增强效应，该结构可更加有效地激发病毒的整体拉曼信号，从而极大地提高拉曼信号的重现性，实现对不同病毒的区分。
[0028](3)本专利技术公开的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片将Au纳米粒子引入Au纳米V形孔内，可使二者之间的局域表面等离激元产生电磁耦合作用，形成谐振效应，进一步提高局部电磁场强度，从而获得更高的拉曼增强效果，提高检测灵敏度。
[0029](4)本专利技术公开的制备方法操作简单、可重复性高，可以实现芯片大面积的均匀制备。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例中的SERS芯片结构示意图；
[0031]图2为实施例1采用本专利技术所述方法制备的V形Au纳米孔上端直径为450nm，Au纳米粒子直径为30nm的V形Au纳米孔阵列
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Au纳米粒子谐振腔SERS芯片在不同放大比例下的 SEM照片；
[0032]图3为实施例1采用本专利技术所述方法制备的具有6个拉曼检测通道的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片，其特征在于，所述芯片包括多个检测孔，每个检测孔均由多个V形Au纳米孔阵列组成，所述Au纳米孔中分布Au纳米粒子形成Au纳米孔谐振腔的增强结构；所述Au纳米孔中部的直径小于待检测病毒的直径最小值。2.根据权利要求1所述的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片，其特征在于，所述V形Au纳米孔的上端直径范围为100nm～1000nm，Au纳米孔内壁镀Au厚度为25nm～125nm。3.根据权利要求1所述的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片，其特征在于，所述Au纳米粒子直径为30～80nm。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：S1：采用磁控溅射技术在具有多个凹槽的光滑基板表面沉积Al薄膜；S2：采用多步阳极氧化技术对沉积了Al薄膜的基板进行腐蚀，在Al薄膜表面制备具有V形纳米孔阵列的阳极氧化铝；S3：采用磁控溅射技术在阳极氧化铝表面沉积Au薄膜形成V形Au纳米孔阵列；S4：采用化学合成方法合成Au纳米粒子；S5：将一定体积Au纳米粒子滴加至V形Au纳米孔阵列表面形成V形Au纳米孔谐振腔的增强结构。5.根据权利要求4所述的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片的制备方法，其特征在于，所述基板为玻璃基板、铝基板或有机塑料基板；所述凹槽尺寸为长宽或者直径为5～10mm，深度为1～3mm，每个凹槽对应一个检测通道。6.根据权利要求4所述的基于谐振腔的多通道病毒检测SERS芯片的制备方法，其特征在于，所述Al薄膜厚度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄景林，周民杰，杜凯，赵宗清，倪爽，祁道健，莫文博，杨月，乐玮，何智兵，张海军，魏来，范全平，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：