一种银颗粒@金纳米光栅柔性衬底及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于生物化学测试领域，具体是一种银颗粒@金纳米光栅柔性衬底及其制备方法和用途。本发明专利技术以DVD或CD中的聚碳酸酯层作为压印模具，在聚氯乙烯(PVC)薄膜上压印制备三维周期性纳米光栅结构，然后在PVC上镀上一层金层，再采用界面自组装的方法将银纳米颗粒均匀修饰到金纳米光栅表面，制得柔性衬底。研究结果表明，基底的电磁场获得了大幅增强，银纳米颗粒的均匀分布加上基底的周期性光栅结构，使该基底能够产生高密度、均匀分布的表面增强拉曼散射(SERS)“热点”，大幅度提高检测的灵敏度和准确度。本发明专利技术具有工艺简单、成本低、适合规模化制备等优点，为大面积制备灵敏度高、信号均匀、稳定性好的SERS基底提供了一种可行的思路。路。路。

【技术实现步骤摘要】
一种银颗粒@金纳米光栅柔性衬底及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于生物化学测试领域，具体是一种银颗粒@金纳米光栅柔性衬底及其制备方法，以及该银颗粒@金纳米光栅柔性衬底在快速检测痕量有机污染物中的用途。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)因其具有灵敏度高、检测时间短、指纹信息识别等优势，可作为一种无损、快速、高效的光谱分析技术，广泛应用于食品安全监管、环境监测、生物传感等领域。众所周知，SERS信号的显著增强主要来源于贵金属纳米结构的局域表面等离子体共振(LSPR)效应产生电磁场增强。尤其是，当相邻的两个或以上贵金属纳米颗粒之间的的间隙小于10nm纳米时，贵金属颗粒的电场发生耦合，在间隙处产生极强的耦合电场(称为SERS“热点”)。当待测分子处于SERS“热点”区域，其拉曼信号可被放大106数量级以上，灵敏度甚至可达到单分子检测的水平。然而，SERS衬底中热点的不均匀分布使得实际检测中拉曼信号的重现性较差。为了提高实际检测的灵敏度和准确度，要求基底能够产生高密度、均匀分布的“热点”。
[0003]近年来，三维(三维)SERS基底因其可提供更大的“热点”范围，引起了人们的广泛关注。同时，为了进一步提高均匀性，在三维SERS基底的基础上又引入了周期性结构，为制备兼备高灵敏性和信号均匀性的SERS基底奠定了基础。目前为止，已有多种方法用于SERS衬底上三维周期结构的标准化制造，如电子束光刻、反应离子刻蚀和激光干涉光刻等。然而，这种高精度的刻蚀技术需要昂贵的设备，工艺复杂，周期长，制备成本高，难以实现SERS衬底的规模化制备。另外，受限于刻蚀精度，所得到的纳米结构单元之间的间隙较大，进而限制了三维周期性结构阵列的SERS活性。因此，探索一种高效、低成本的策略以获得高灵敏度的三维SERS基底仍然是一个挑战。
[0004]研究表明，将贵金属纳米颗粒修饰在三维周期结构上，利用纳米颗粒与基底之间的电磁场耦合效应，可获得高密度且分布均匀的热点。目前研究者已开发出了多种的纳米颗粒修饰方法，如滴涂法、旋转涂覆等。然而，这些方法所修饰的纳米颗粒随机分布，且容易团聚和脱落，进而导致SERS信号的均匀性差。虽然，使用偶联剂如联苯
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4,4'
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二硫醇(BFDT)、DNA链等作为偶联剂实现了纳米颗粒均匀锚定。然而，这些偶联剂处于纳米颗粒与基底之间的间隙处(SERS热点区域)，其本身的SERS信号会对目标分析物的检测信号产生严重干扰。综上所述，研发简便、快速的三维周期性结构的制备方法以及探索无耦合剂辅助、均匀修饰纳米颗粒的方法对于SERS检测技术的广泛应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种将纳米压印和界面自组装技术相结合的方法，利用低成本的DVD或CD光盘作为模板，制备出银颗粒@金纳米光栅柔性衬底。该衬底制备简便，价格低廉，灵敏度高，具有较好的稳定性和柔韧性，为实现痕量有机物的临场快速检测提供了新的思路。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种银颗粒@金纳米光栅柔性衬底的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、取粒径为50～200nm的银纳米颗粒，分散到正己烷和乙醇的混合溶剂中，形成均匀的银纳米颗粒胶体悬浮液；
[0008]S2、将数字视频光盘DVD或CD中的聚碳酸酯层剥离下来，清洗后作为聚碳酸酯层模板；
[0009]将聚碳酸酯层模板覆盖到PVC薄膜上，在100～150℃温度下，采用纳米压印工艺，在300
‑
500N cm
‑2压力下将聚碳酸酯层模板中三维周期性结构复制到PVC薄膜的表面，在PVC薄膜的表面制得三维周期性排布的纳米光栅结构；
[0010]在PVC薄膜的纳米光栅结构所在的表面上等离子溅射10～30nm厚的金膜，形成金纳米光栅；
[0011]S3、将金纳米光栅的表面进行亲水性处理，在金纳米光栅表面滴加去离子水，形成一层水膜，将银纳米颗粒胶体悬浮液缓慢滴加水膜表面，在液相界面自组装作用下，银颗粒均匀修饰到金纳米光栅表面上，在室温下自然干燥，即制得银颗粒@金光栅柔性衬底；
[0012]其中，步骤S1、S2不分先后顺序。
[0013]作为Ag
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NPs@金纳米光栅柔性衬底的制备方法进一步的改进：
[0014]优选的，所述银纳米颗粒的制备方法如下：将50mL的乙二醇置于100ml的锥形瓶中，随后加入0.6g硝酸银和1.2g聚乙烯吡咯烷酮即PVP，搅拌至完全溶解；然后，将锥形瓶放置于160℃硅油中，在搅拌条件下恒温反应2h后自然冷却至室温；反应产物用蒸馏水和无水乙醇交替超声清洗4
‑
5次，并通过离心分离，即制得银纳米颗粒。
[0015]优选的，所述PVP为PVP
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K29，分子量为8000
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700000。
[0016]优选的，步骤S1中正己烷和乙醇以1:1的体积比混合，形成混合溶剂。
[0017]优选的，步骤S1所述的胶体悬浮液中银纳米颗粒的浓度为1～3mg/mL。
[0018]优选的，步骤S2中采用10～30mA电流，在PVC薄膜中纳米光栅结构所在的表面上等离子溅射2～4min。
[0019]优选的，在三维周期性排布的纳米光栅结构中，纳米槽的宽度W为300nm，纳米槽的深度h为90nm，纳米光栅的周期P为730nm。
[0020]优选的，步骤S3中水膜的厚度为2～3mm。
[0021]本专利技术的目的之二是提供一种上述制备方法制得的Ag
‑
NPs@金纳米光栅柔性衬底。
[0022]本专利技术的目的之二是提供一种上述Ag
‑
NPs@金纳米光栅柔性衬底在快速检测痕量有机污染物中的用途。
[0023]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0024]1)本专利技术涉及银纳米颗粒@金纳米光栅柔性衬底的简便、低成本、绿色制备方法。本专利技术采用低成本数字视频光盘(DVD或CD)，剥离DVD或CD中的聚碳酸酯层作为模板，利用纳米压印的方法在柔性、透明的聚氯乙烯(PVC)片表面构筑三维(三维)周期性纳米光栅结构；然后通过等离子溅射在PVC薄膜上沉积一层薄的金(Au)层，获得金纳米光栅结构；最后，在无需偶联剂的情况下，由于正己烷不溶于水且更易挥发，漂浮的Ag
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NPs在空气/溶液界面自组装成单层，采用界面自组装方法，将银纳米颗粒(Ag
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NPs)均匀且紧密地单层排列在三
维周期性金纳米光栅表面，进而构筑Ag
‑
NPs@金纳米光栅柔性衬底。
[0025]其中，银纳米颗粒(Ag
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NPs)可以以乙二醇作为溶剂和还原剂，在油浴环境中液相合成制得。
[0026]时域有限差分模拟(FDTD)研究结果表明，在532nm激发光下，当Ag本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银颗粒@金纳米光栅柔性衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、取粒径为50～200nm的银纳米颗粒，分散到正己烷和乙醇的混合溶剂中，形成均匀的银纳米颗粒胶体悬浮液；S2、将数字视频光盘DVD或CD中的聚碳酸酯层剥离下来，清洗后作为聚碳酸酯层模板；将聚碳酸酯层模板覆盖到PVC薄膜上，在100～150℃温度下，采用纳米压印工艺，在300
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500N cm
‑2压力下将聚碳酸酯层模板中三维周期性结构复制到PVC薄膜的表面，在PVC薄膜的表面制得三维周期性排布的纳米光栅结构；在PVC薄膜的纳米光栅结构所在的表面上等离子溅射10～30nm厚的金膜，形成金纳米光栅；S3、将金纳米光栅的表面进行亲水性处理，在金纳米光栅表面滴加去离子水，形成一层水膜，将银纳米颗粒胶体悬浮液缓慢滴加水膜表面，在液相界面自组装作用下，银颗粒均匀修饰到金纳米光栅表面上，在室温下自然干燥，即制得银颗粒@金纳米光栅柔性衬底；其中，步骤S1、S2不分先后顺序。2.根据权利要求1所述的银颗粒@金纳米光栅柔性衬底的制备方法，其特征在于，所述银纳米颗粒的制备方法如下：将50mL的乙二醇置于100ml的锥形瓶中，随后加入0.6g硝酸银和1.2g聚乙烯吡咯烷酮即PVP，搅拌至完全溶解；然后，将锥形瓶放置于160℃硅油中，在搅拌条件下恒温反应2h后自然冷却至室温；反应产物用蒸馏水和无水乙醇交替...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，张翔，李明涛，孟国文，黄竹林，潘其军，万锐，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：