一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片及其制备方法技术

一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片及其制备方法，该芯片包括位于上层的银纳米棒、位于中间层的氮化硼和位于下层的银纳米棒，所述位于上层的银纳米棒和位于下层的银纳米棒的生长方向相反，均朝向氮化硼层的方向生长；该方法包括如下步骤：在电子束蒸发系统中，利用倾斜角沉积技术在洁净的基板上制备银纳米棒阵列结构，即得到芯片中位于上层的银纳米棒；制备氮化硼层得到BN@AgNR基底；在电子束蒸发系统中，利用倾斜角沉积技术得到AgNR@BN@AgNR。该方法工艺简单，所制备得到的芯片可大幅度增强SERS效应，增强SERS信号，从而提高SERS检测灵敏度，降低检测限，可广泛应用于有机环境污染物检测领域。用于有机环境污染物检测领域。用于有机环境污染物检测领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米
，具体涉及一种生化检测芯片，特别涉及一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业的不断发展和人类活动的日益频繁，大气中的污染物水平已经达到了惊人的水平，因此，如何检测这些污染物已成为科学家们关注的焦点。在有机空气污染物中，多环芳烃(PAHs)具有致癌性和诱变性，对环境和人类健康都有重要影响。美国环境保护署(EPA)将16种多环芳烃列为高优先级污染物。多环芳烃由两个或多个以不同结构构型排列的熔融苯环组成，但在含有其他原子(氮、氧、硫)或烷基的环境基质中发现多环芳烃衍生物是很常见的。它们主要通过来自火山喷发、森林火灾和化石燃料等人为和自然排放源的有机物的不完全燃烧而释放到大气中。然后，这些化合物的高疏水性、化学稳定性和吸附能力有助于它们在土壤、沉积物和水面中的分散和持久性，使它们在世界各地普遍存在。目前，在环境和食品样品中检测多环芳烃化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)有几种常用方法，例如气相色谱法(GC)、气相色谱
‑
质谱法(GC
‑
MS)以及高效液相色谱法(HPLC/FLD)等。然而，这些方法具有操作复杂、检测时间长、仪器昂贵等缺点。因此，建立一种快速、灵敏的PAHs检测方法具有重要意义。
[0003]在过去的几十年中，表面增强拉曼散射(SERS)由于其高灵敏度，被认为是检测分析化学和生物医学观察等领域中所需分析物的有效无标记分析设备，具有检测速度快、灵敏度高及检测范围宽等优点。PAHs易溶于有机溶剂，且很难与传统的贵金属(金、银、铜)溶胶结合达到检测的目的，因此，若采用SERS手段对多环芳烃进行检测就必须制备合适的基底。为了灵敏地检测疏水污染物，有必要提高多环芳烃类污染物在SERS基板表面上的吸附能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片及其制备方法，该方法工艺简单，所制备得到的芯片可大幅度增强SERS效应，增强SERS信号，从而提高SERS检测灵敏度，降低检测限，可用于有机环境污染物的快速、高灵敏度检测。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片，该芯片包括位于上层的银纳米棒、位于中间层的氮化硼和位于下层的银纳米棒，所述位于上层的银纳米棒和位于下层的银纳米棒的生长方向相反，均朝向氮化硼层的方向生长。
[0006]优选的，所述氮化硼的厚度为0.5
‑
1nm，银纳米棒的直径D为54
‑
74nm，银纳米棒的长度L为598
‑
698nm。
[0007]本专利技术还提供一种上述用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片的制
备方法，包括以下步骤：
[0008](1)在电子束蒸发系统中，利用倾斜角沉积技术在洁净的基板上制备银纳米棒阵列结构：将切割成方形的基板洗净、吹干，固定在沉积室中的样品台上，当沉积室压力达到5
×
10
‑8Torr时，通过高压和电子束蒸发，在玻璃片上沉积棒长为1000nm、倾斜角度为86
°
的银薄膜，得到排列均匀的银纳米棒AgNRs作为目标基底，即得到芯片中位于上层的银纳米棒；
[0009](2)制备氮化硼层：
[0010](2
‑
1)将一定量的PMMA苯甲醚溶液(含量6％，分子量：3000w)滴加到到氮化硼/铜基表面，使用旋涂机高速旋转以形成PMMA保护薄膜从而得到PMMA/BN/Cu；
[0011](2
‑
2)将PMMA/BN/Cu置于加热台上形成PMMA固化保护薄膜；
[0012](2
‑
3)将PMMA/BN/Cu放入FeCl3蚀刻剂中进行腐蚀，8
‑
12min后利用干净的玻璃片或硅片将PMMA/BN/Cu捞起，然后放在去离子水中超声振荡1
‑
2min，以冲洗干净铜箔背面的生长物；
[0013](2
‑
4)将PMMA/BN/Cu再放入FeCl3蚀刻剂中继续腐蚀直至铜箔被完全腐蚀，用干净的玻璃片或者硅片将PMMA/BN再次捞起，用去离子水反复清洗后用步骤(1)制备得到的目标基底将PMMA/BN捞起，充分干燥BN与目标基底之间的水分；
[0014](2
‑
5)在PMMA/BN/AgNR上滴加PMMA溶液溶解步骤(2
‑
2)形成的PMMA固化保护膜，然后滴加丙酮冲洗目标表面，静置25
‑
35s后重复操作直到PMMA薄膜被冲洗干净；接着将BN/AgNR浸泡在无水乙醇中1
‑
2min，溶解残留的丙酮，最后充分干燥BN@AgNR剩余的水分得到BN@AgNR基底；
[0015](3)将BN@AgNR基底固定在电子束蒸发镀膜机的样品台上，标记步骤(1)制备得到的银纳米棒AgNRs的生长方向，将样品台反向旋转180
°
，以的速率继续沉积棒长为1000nm的倾斜银棒，最终得到结构呈AgNR@BN@AgNR的表面增强拉曼检测芯片。
[0016]进一步的，步骤(1)具体步骤如下：将玻璃片或硅片按设备要求尺寸进行切割后，置于乙醇中，超声波清洗3
‑
5min，重复三次，氮气吹干后固定在沉积室中，对沉积室抽真空使内部压力小于5
×
10
‑7Torr；旋转样品台使得基底法线与沉积方向夹角为86
°
，通过电子束蒸发，以的速度设置生长1000nm的银纳米棒阵列。
[0017]优选的，步骤(2
‑
1)中，将5
‑
8μL的PMMA苯甲醚溶液滴加到0.3
×
0.3cm2的氮化硼/铜基表面，设置旋涂机以200r/min的转速，持续10
‑
20s，然后再在800
‑
1000r/min高速旋转10
‑
20s。
[0018]优选的，步骤(2
‑
2)中，将PMMA/BN置于加热台上以80℃加热30s。
[0019]优选的，步骤(2
‑
3)中，由体积比为65:5:1或体积比为91:7:1的超纯水、FeCl3和盐酸配制成浓度为0.2g/mL的FeCl3蚀刻剂。
[0020]优选的，步骤(2
‑
4)中，目标基底将PMMA/BN捞起后置于60℃的干燥箱中3
‑
4h。
[0021]进一步的，步骤(2
‑
5)具体步骤如下：在PMMA/BN上滴加2
‑
8μL的PMMA溶液溶解步骤(2
‑
2)形成的PMMA固化保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片，其特征在于，该芯片包括位于上层的银纳米棒、位于中间层的氮化硼和位于下层的银纳米棒，所述位于上层的银纳米棒和位于下层的银纳米棒的生长方向相反，均朝向氮化硼层的方向生长。2.根据权利要求1所述的一种用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片，其特征在于，氮化硼的厚度为0.5
‑
1nm，银纳米棒的直径D为54
‑
74nm，银纳米棒的长度L为598
‑
698nm。3.一种如权利要求1或2所述的用于有机环境污染物检测的表面增强拉曼检测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在电子束蒸发系统中，利用倾斜角沉积技术在洁净的基板上制备银纳米棒阵列结构：将切割成方形的基板洗净、吹干，固定在沉积室中的样品台上，当沉积室压力达到5
×
10
‑8Torr时，通过高压和电子束蒸发，在玻璃片上沉积棒长为1000nm、倾斜角度为86
°
的银薄膜，得到排列均匀的银纳米棒AgNRs作为目标基底，即得到芯片中位于上层的银纳米棒；(2)制备氮化硼层：(2
‑
1)将一定量的PMMA苯甲醚溶液滴加到氮化硼/铜基表面，使用旋涂机高速旋转以形成PMMA保护薄膜从而得到PMMA/BN/Cu；(2
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2)将PMMA/BN/Cu置于加热台上形成PMMA固化保护薄膜；(2
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3)将PMMA/BN/Cu放入FeCl3蚀刻剂中进行腐蚀，8
‑
12min后利用干净的玻璃片或硅片将PMMA/BN/Cu捞起，然后放在去离子水中超声振荡1
‑
2min，以冲洗干净铜箔背面的生长物；(2
‑
4)将PMMA/BN/Cu再放入FeCl3蚀刻剂中继续腐蚀直至铜箔被完全腐蚀，用干净的玻璃片或者硅片将PMMA/BN再次捞起，用去离子水反复清洗后用步骤(1)制备得到的目标基底将PMMA/BN捞起，充分干燥BN与目标基底之间的水分；(2
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5)在PMMA/BN/AgNR上滴加PMMA溶液溶解步骤(2
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2)形成的PMMA固化保护膜，然后滴加丙酮冲洗目标表面，静置25
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35s后重复操作直到PMMA薄膜被冲洗干净；接着将BN/AgNR浸泡在无水乙醇中1
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2min，溶解残留的丙酮，最后充分干燥BN@AgNR剩余的水分得到BN@AgNR基底；(3)将BN@AgNR基底固定在电子束蒸发镀膜机的样品台上，标记步骤(1)制备得到的银纳米棒AgNRs的生长方向，将样品台反向旋转180
°
，以的速率继续沉积棒长为1000nm的倾斜银棒，最终得到结构呈AgNR@BN@AgNR的表面增强拉曼检...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩彩芹，张恒畅，王琴，段培同，吴莹，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：