一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法技术

一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法，以介电纳米粒子单层密排阵列为模板制造内表面具有均匀贵金属纳米粒子的高折射率球形开口空腔阵列，利用贵金属粒子的表面等离子体共振和高折射率球形空腔的高阶磁共振的耦合作用在空腔内表面形成均匀的电场增强热区；病毒分子进入吸附有贵金属粒子的高折射率球形空腔内部后，病毒分子表面与高折射率球形空腔内表面吸附的贵金属粒子直接大面积接触，即病毒分子与贵金属粒子与球形空腔内表面的耦合增强电场热区重合，极大提高病毒分子的拉曼信号强度，实现病毒分子的高灵敏度检测。敏度检测。敏度检测。

【技术实现步骤摘要】
一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法


[0001]本专利技术涉及拉曼光谱检测和纳米阵列结构制造领域技术，具体涉及一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法。

技术介绍

[0002]目前广泛应用的病毒检测技术主要是核酸检测和血清检测两大类方法。对于核酸检测，由于不同采样中的病毒载量存在差异，可能会出现一些假阳性和假阴性的结果，同一病例在几天之内形成矛盾的检测结果，对疾病防控和医学诊断形成误导；对于血清学检测方法，由于很多种病毒都会形成部分相同抗体，血清检测也会出现对病毒假阳性和假阴性的误诊断。此外，核酸检测和血清学检测都需要复杂的设备和熟练的专业技术人员以及充足的昂贵试剂(引物、酶、缓冲液、聚合酶等)的支持，也不适于广泛的病毒分子常规筛查。因此迫切需要寻找简便、经济、灵敏的病毒检测技术。
[0003]拉曼光谱检测可以实现单个小分子的精准分析，理论上可以完全抑制由于病毒载量少而产生的误诊断。由于拉曼光谱检测是只针对病毒分子，可以很好地摒弃由于在类似的抗体特性而形成假阳性或者假阴性的检测结果，实现病毒分子的精准检测。此外，拉曼光谱检测不需要其他试剂，生物标定或者其他特殊处理，被认为是一种可以对病毒快速、准确检测的方法。
[0004]根据表面电场增强拉曼散射原理，贵金属结构由于表面等离子共振形成的增强电场可以极大提高拉曼信号强度。传统的拉曼光谱检测基底(Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/c7cs00238f)利用特征尺寸为10nm以下的尖刺或者间隙结构形成局域增强电场，而且电场强度对小结构的尺寸变化特别敏感，所以很难制造尺寸均匀的尖刺或者形成的增强电场，需要借助昂贵的设备以及大量时间消耗；此外，这种增强电场随着离贵金属增强区域表面的距离呈指数级衰减，而增强电场在尺寸为10nm左右的尖刺或者间隙中很难与直径约为100nm的病毒分子大面积充分接触，传统的拉曼基底很难高灵敏度实现对病毒分子拉曼特征光谱的检测。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法，以介电纳米粒子单层密排阵列为模板制造内表面具有均匀贵金属纳米粒子的高折射率球形开口空腔粒子阵列，利用贵金属粒子的表面等离子体共振和高折射率球形空腔的高阶磁共振的耦合作用在空腔内表面形成均匀的电场增强热区；病毒分子与贵金属粒子和高折射率球形空腔的耦合增强电场热区重合，极大提高病毒分子的拉曼信号强度，实现病毒分子的高灵敏度检测。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法，包括以下步骤：
[0008]1)在基材表面制备一层光刻胶；其中基材表面平整，可以为玻璃、透明环氧树脂、硅胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，基材厚度为0.5
‑
5mm；
[0009]2)将光刻胶层图形化，形成区域化纳米粒子阵列结构的模板；
[0010]3)在光刻胶层上制造紧密排列的单层介电纳米粒子；
[0011]4)利用反应离子刻蚀方法使介电纳米粒子的直径均匀减小，调控纳米粒子的间距；
[0012]5)光源直接照射介电纳米粒子层，透过粒子层将光刻胶部分曝光；
[0013]6)在介电纳米粒子单层阵列表面制备高折射率介电或半导体薄膜形成内核为介电粒子外壳为高折射率材料的核壳粒子阵列；
[0014]7)利用光刻胶显影液去除已曝光光刻胶层以及其上表面的纳米粒子；
[0015]8)在剩余光刻胶和介电粒子上表面制造一层支撑层；
[0016]9)光源从基材底侧照射光刻胶，使其与基底直接接触的光刻胶层部分曝光，形成厚度为50
‑
200nm的已曝光区域；
[0017]10)用显隐液将已曝光的光刻胶层去除，将核壳粒子阵列与基材分离，使制备有高折射率薄膜的核壳粒子阵列翻转至支撑层，使得与步骤2)中与基材直接接触的核壳粒子阵列为整个结构的上表面；
[0018]11)利用反应离子刻蚀的方法对包覆在介电纳米粒子表面的高折射率薄膜进行部分去除，暴露出内部的介电纳米粒子，暴露出的内部介电纳米粒子的高度为其直径的四分之一至二分之一；利用浓度3
‑
7％的稀盐酸、稀硫酸、氢氟酸，浓度为0.1
‑
1M的氢氧化钠溶解去除或者利用200
‑
400℃加热气化的方法去除内部的介电纳米粒子，形成高折射率开口空腔粒子阵列；
[0019]12)在球形空腔内径表面制造均匀的贵金属粒子，完成内表面均匀分布贵金属粒子的高折射率球形空腔粒子阵列的制造。
[0020]所述步骤2)中光刻胶为EPG533、EPG535、AZ4620、AZ5355或者SU8
‑
3010，厚度为0.8
‑
3μm。
[0021]所述步骤3)中介电纳米粒子为二氧化硅、聚苯乙烯、氧化铝粒子；介电纳米粒子形状为球形或者椭球形；介电纳米粒子的直径为100
‑
400nm；光刻胶图形内的介电纳米粒子阵列为旋涂法、单层膜转移法、提拉法或者Langmuir
‑
Blodgett膜法制造。
[0022]所述步骤4)刻蚀方法加工后，相邻粒子间距为40
‑
200nm。
[0023]所述步骤5)中经部分曝光后，形成的已曝光光刻胶层厚度为100
‑
500nm。
[0024]所述步骤6)中高折射率薄膜材料为硅、碳化硅、二氧化钛或者氮化硅，利用磁控溅射方法制造，高折射率薄膜厚度为40
‑
100nm。
[0025]所述步骤7)中将步骤6)中得到的样品置于显影液中60
‑
90分钟去除步骤5)中的已曝光光刻胶层。
[0026]所述步骤8)中覆盖的支撑层材料为环氧树脂、硅胶或光刻胶，采用直接涂覆或者旋涂的方法制造，支撑层的厚度为0.5
‑
5mm。
[0027]所述步骤9)中厚度为500
‑
1000nm的已曝光光刻胶层，经曝光处理后置于显隐液中60
‑
90分钟形成步骤10)中所述的将基材分离使得高折射率球形空腔粒子阵列转移至支撑层。
[0028]所述步骤12)中利用静电吸引的方法将贵金属粒子均匀分布在球形空腔内表面，首先贵金属粒子的材料为金或者银，利用柠檬酸钠直接还原氯金酸或者硝酸银制备，得到金或者银粒子的等效直径为15
‑
30nm，其表面带负电；将高折射率球形空腔阵列悬置于装有50
‑
200μl的3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的密闭容器内，以60
‑
80℃持续加热50
‑
80分钟后冲洗完成氨基的修饰；将高折射率球形空腔阵列样品浸没于金或者银纳米粒子胶体中室温静置6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对病毒大分子检测的表面增强拉曼散射基底的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在基材表面制备一层光刻胶；2)将光刻胶层图形化，形成区域化纳米粒子阵列结构的模板；3)在光刻胶层上制造紧密排列的单层介电纳米粒子；4)利用反应离子刻蚀方法使介电纳米粒子的直径均匀减小，调控纳米粒子的间距；5)光源直接照射介电纳米粒子层，透过粒子层将光刻胶部分曝光；6)在介电纳米粒子单层阵列表面制备高折射率介电或半导体薄膜形成内核为介电粒子外壳为高折射率材料的核壳粒子阵列；7)利用光刻胶显影液去除已曝光光刻胶层以及其上表面的纳米粒子；8)在剩余光刻胶和介电粒子上表面制造一层支撑层；9)光源从基材底侧照射光刻胶，使其与基底直接接触的光刻胶层部分曝光，10)用显隐液将已曝光的光刻胶层去除，将核壳粒子阵列与基材分离，使制备有高折射率薄膜的核壳粒子阵列翻转至支撑层，使得与步骤2)中与基材直接接触的核壳粒子阵列为整个结构的上表面；11)利用反应离子刻蚀的方法对包覆在介电纳米粒子表面的高折射率薄膜进行部分去除，暴露出内部的介电纳米粒子；去除内部的介电球形粒子，形成高折射率材料球形空腔阵列；12)在球形空腔内径表面制造均匀的贵金属粒子，完成内表面均匀分布贵金属粒子的高折射率球形空腔粒子阵列的制造。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中光刻胶为EPG533、EPG535、AZ4620、AZ5355或者SU8
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3010，厚度为0.8
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3μm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中介电纳米粒子为二氧化硅、聚苯乙烯、氧化铝粒子；介电纳米粒子形状为球形或者椭球形；介电纳米粒子的直径为100
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400nm；光刻胶图形内的介电纳米粒子阵列为旋涂法、单层膜转移法、提拉法或者Langmuir
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Blodgett膜法制造。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4)刻蚀方法加工后，相邻粒子间距为40<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，韩一平，赵文娟，汪加洁，崔志伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：