一种阵列芯片SERS基底及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种阵列芯片SERS基底及其制备方法和应用，属于环境分析检测领域。所述阵列芯片SERS基底包括锌片、氧化锌阵列和树叶状纳米银粒子；所述氧化锌阵列生长在锌片表面；所述氧化锌阵列表面包覆树叶状纳米银粒子。本发明专利技术的氧化锌阵列由独特的表面氧化法制得且树叶状纳米银粒子的包覆不需添加额外的还原剂。本发明专利技术的阵列芯片SERS基底由于氧化锌阵列与纳米银粒子的协同作用而具有较高的灵敏度和稳定的SERS信号。且所述SERS基底在不同保存温度、盐离子浓度和pH值下仍然具有较好的SERS性能。本发明专利技术的SERS基底携带方便，有望用于物质痕量分析、单分子检测或环境检测中。单分子检测或环境检测中。单分子检测或环境检测中。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列芯片SERS基底及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境分析检测领域，尤其涉及一种阵列芯片SERS基底及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼光谱(Surface
‑
enhanced Raman scattering，英文简写：SERS)是一种具有分子指纹图谱特征的振动光谱，具有灵敏度高，分析速度快等优点，可以在短时间内获得目标分子详细的分子结构信息，在快速检测领域具有巨大的发展前景。目前，SERS的增强性能主要取决于增强基底的设计和制备。贵金属溶胶(金，银，铜等)是最常用的增强基底，但其在定性定量过程中往往面临灵敏度不足、选择性差以及稳定性差等不足。因此，设计和制备具有灵敏度高、稳定性好、重复性和重现性优异的表面增强拉曼光谱基底，是提高SERS定量分析准确度和可信度的关键。
[0003]目前，针对SERS基底的不足，许多高性能SERS基底被研制并用于SERS检测。例如，利用贵金属掺杂的多孔化合物来提高SERS基底的稳定性，利用贵金属与半导体之间的协同作用来提高SERS检测的灵敏度。利用贵金属掺杂的化学惰性材料(二氧化硅，聚苯乙烯以及三聚氰胺甲醛树脂)来提高SERS基底的保存时间。但上述新型基底针对的仅仅是SERS在分析检测某个方面遇到的问题，无法同时解决更多的不足。因此，设计和制备新型SERS基底，使其同时具有高灵敏度，优异的稳定性以及较长的保存时间仍然是一个较大的挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种阵列芯片SERS基底。
[0005]本专利技术的第二方面提供了一种阵列芯片SERS基底的制备方法。
[0006]本专利技术的第三方面提供了一种阵列芯片SERS基底的应用。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种阵列芯片SERS基底，包括锌片、氧化锌阵列和树叶状纳米银粒子；所述氧化锌阵列生长在锌片表面；所述氧化锌阵列表面包覆树叶状纳米银粒子；所述阵列芯片SERS基底的检出限为1pg/L；所述阵列芯片SERS基底可以在温度为
‑
30℃～100℃，或pH为1～12，或盐溶液浓度为0～250mmol/L的极端条件下保持工作稳定。
[0008]在本专利技术中，氧化锌阵列由独特的表面氧化法制得且树叶状纳米银粒子的包覆不需添加额外的还原剂。
[0009]根据本专利技术的一些实施方式，所述氧化锌阵列与所述树叶状纳米银粒子的摩尔质量比为625：(0.1～5)，具体可选为625：(1～3)。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，所述阵列芯片SERS基底对4
‑
巯基苯甲酸的检出限为1pg/L。
[0011]根据本专利技术的一些实施方式，阵列芯片SERS基底可以在温度为
‑
20℃～80℃，或pH
为2～11，或盐溶液浓度为0～200mmol/L的极端条件下保持工作稳定。
[0012]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种阵列芯片SERS基底的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1.将锌片在强碱溶液和过硫酸铵通过表面氧化反应，制得锌片表面生长的氧化锌阵列；
[0014]S2.将步骤S1中的氧化锌阵列加入银铵溶液中进行还原反应，即得阵列芯片SERS基底。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述锌片尺寸为(10
‑
50mm)
×
(10
‑
50mm)
×
(0.05
‑
0.5mm)。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述强碱溶液的浓度为4～6mol/L。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述表面氧化反应的温度为0～4℃。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述表面氧化反应的时间为1～1.5h。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述银源为银铵溶液或硝酸银溶液。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述还原反应银铵溶液浓度为0.01～0.5mol/L。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述还原反应的时间为1～10min。
[0023]根据本专利技术的第三个方面，提供了一种阵列芯片SERS基底用于物质痕量分析、单分子检测或环境检测中。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述的阵列芯片SERS基底用于分析检测水环境中的诺氟沙星。
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术所提供的阵列芯片SERS基底，由于氧化锌阵列与纳米银粒子的协同作用而具有较高的灵敏度和极端条件下的稳定性。SERS基底对4
‑
巯基苯甲酸的检出限可达1.0pg/L，在不同保存温度、盐离子浓度和pH值下仍然具有较好的SERS性能。
[0027]本专利技术所提供的阵列芯片SERS基底的制备方法，操作简单，反应温和，制作快速。采用表面氧化法生成氧化锌，所得到的氧化锌呈阵列状，更有利于纳米银的沉积和目标物的吸附。采用直接还原法生成纳米银，反应过程未添加任何还原剂，合成的纳米银呈树叶状，使SERS基底具有更好的灵敏度。与其它贵金属纳米粒子的制备方法包括还原剂法(柠檬酸钠、抗坏血酸、盐酸羟胺、水合肼等)以及光还原性法(高能量紫外灯)相比，直接还原法条件更简单，反应更快速，成品效果更好。
[0028]本专利技术提供的SERS基底制作简单，携带方便，可以运用于物质痕量分析、单分子检测或环境检测中。
附图说明
[0029]图1a为本专利技术实施例1制备的氧化锌阵列的扫描电子显微镜图，图中标尺为2μm，图1b为本专利技术实施例1制备的阵列芯片SERS基底的扫描电子显微镜图，图中标尺为30μm。
[0030]图2为本发专利技术实施例1的不同基底的紫外
‑
可见消光光谱图，其中曲线a为锌片的
紫外
‑
可见消光光谱图，曲线b为氧化锌阵列的紫外
‑
可见消光光谱图，曲线c为阵列芯片SERS基底的紫外
‑
可见消光光谱图。
[0031]图3为本专利技术对比例4中不同反应时间氧化锌阵列扫描电子显微镜图，图中标尺为2μm，a
‑
f分别为0.5h，1h，2h，4h，6h，8h。
[0032]图4为本专利技术实施例或对比例中原料或产物对4
‑
巯基苯甲酸的SERS信号响应图，其中，曲线a代表锌片、b代表对比例1基底、c代表对比例2基底，d代表实施例1的阵列芯片SERS基底。
[0033]图5为实施例1制备的阵列芯片SERS基底对不同浓度4
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巯基苯甲酸的SERS谱图。
[0034]图6a为实施例1制备的阵列芯片SERS基底对诺氟沙星分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列芯片SERS基底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将锌片在强碱溶液和过硫酸铵通过表面氧化反应，制得锌片表面生长的氧化锌阵列；S2、将步骤S1中的氧化锌阵列加入银铵溶液中进行还原反应，即得阵列芯片SERS基底。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述表面氧化反应的反应温度为0～4℃，反应时间为1～1.5h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；强碱溶液的浓度为4～6mol/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述还原反应银铵溶液浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述还原反应的反应时间为0.5～10min。6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾颖，吴齐粤，牛美蓉，蒲煦均，孙冀萱，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：