基于纳米多孔银的SERS基底制备方法和SERS微流控芯片技术

本发明专利技术提供了基于纳米多孔银(NPAg)的SERS基底的制备方法，以及通过本发明专利技术方法所制得的SERS基底。在此基础上，本发明专利技术还涉及基于所述SERS基底的SERS微流控芯片。并且，本发明专利技术还涉及所述SERS基底和所述SERS微流控芯片用于分析检测的用途。于分析检测的用途。于分析检测的用途。

【技术实现步骤摘要】
基于纳米多孔银的SERS基底制备方法和SERS微流控芯片


[0001]本专利技术涉及表面增强拉曼光谱
和纳米材料制造领域，具体涉及基于纳米多孔银(NPAg)的SERS基底的制备方法，以及通过本专利技术方法所制得的SERS基底。

技术介绍

[0002]以快速、高通量和具有成本效益的方式定性和定量分析小分子，例如药物、生物标志物或农药，一直是常规即时检测的重点。在过去的数十年里，由于农药的过度使用和滥用，农药残留已经成为对人类健康和环境安全的巨大挑战。传统的实验室技术，如气相色谱
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质谱、高效液相色谱和液相色谱
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串联质谱，在农药残留检测方面表现出卓越的灵敏度和准确度。然而，这些技术需要非常高的仪器成本和繁琐的样品制备步骤。因此，迫切需要快速、可靠、高灵敏度的新一代传感器系统，用于检测日常生活中的农药残留。
[0003]在过去十年中，基于表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)的技术受到了广泛关注。表面增强拉曼散射是通过吸附在粗糙金属表面或金属纳米结构上的分子与金属表面发生的等离子共振(SRP)相互作用而引起的拉曼散射增强现象，对目标分子具有无标记分析的指纹识别能力。由于局部表面等离子体激元，SERS通过增强粗糙金属表面吸收的分子的拉曼散射，克服了传统拉曼光谱的局限性。由于SERS直接检测分子本身的固有振动，因此可以对不同分子进行高灵敏度、高特异性的无标记分析，同时可以避免复杂的样品制备过程。
[0004]SERS芯片在SERS检测应用中起着关键作用。制备出灵敏度高、重复性和均匀性好的SERS芯片一直是该领域中重要的研究目标之一。考虑到成本效率、稳定性和再现性，便携式固体SERS基底是优于基于胶体纳米颗粒的SERS手段。目前，市面上有数家公司提供可直接使用的固相SERS基底，用于易于使用的SERS检测。例如，Ocean Insight将银纳米粒子固定在玻璃基底上，可实现对分析物的痕量检测。SILMECO公司生产具有特殊晶粒结构的疏水SERS基板。2017年，日本公司Hamamatsu展示了他们采用纳米压印技术制造的SERS基板，专门用于即时分析检测。由此可见，可直接使用的工业化生产SERS基板越来越受欢迎，其表现出高灵敏度、高稳定性、可靠的重现性和常规检查的方便性。然而，据专利技术人所知，目前市场上所有的SERS基板都是一次性使用的，既不经济也不环保。由于纳米结构无法彻底清洗，因此很难实现可重复使用性。
[0005]此外，SERS基底的制造过程是至关重要的，因为它决定了金属表面的几何结构并决定了拉曼信号的放大效果。市场上大部分商业化的SERS基底可以通过电子束光刻、纳米压印技术或电化学方法制造，展现出出良好的重现性、均匀性和稳定性。然而，这些纳米制造程序要么过于复杂，要么需要独特昂贵的仪器，导致单块芯片成本非常高，难以实现规模化应用。

技术实现思路

[0006]如上文
技术介绍
部分所述，本领域急迫需要一种制备程序简单、单块SERS基底成
本低、能够重复多次使用的SERS基底。鉴于此，本专利技术目的是提供一种制造基于纳米多孔银(NPAg)材料的SERS基底的方法，以及通过本专利技术方法制备的SERS基底。本专利技术的目的还在于提供基于本专利技术纳米多孔银SERS基底的SERS微流控芯片，及其制备方法。
[0007]因此，在本专利技术的第一方面，提供了一种制备SERS基底的方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]1)将银片表面的银进行电化学反应，形成氯化银或氧化银，优选所述银片厚度100mm
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150mm；
[0009]2)使所述银片表面的氯化银还原，获得具有纳米多孔银表面的银片。
[0010]在一个实施方案中，所述的电化学反应过程是在氯化物例如氯化钾或氯化钠水溶液的电解质中将银片表面的银反应形成氯化银，优选所述氯化物浓度为1
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2M。
[0011]在一个实施方案中，所述银片为长方形、正方形、圆形或椭圆形。
[0012]在一个实施方案中，在步骤2)中，使用硼氢化钠或柠檬酸钠还原所述银片表面的氯化银，例如使用0.1
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0.2M的硼氢化钠溶液或0.1
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0.2M的柠檬酸钠。
[0013]在本专利技术的第二方面，提供了通过本专利技术第一方面所述的方法所制备的SERS基底。
[0014]在一个实施方案中，所述纳米多孔银材料具有的纳米孔的尺寸分布在10nm至100nm。
[0015]优选地，所述纳米多孔银材料具有的纳米孔的尺寸分布在40nm至80nm。
[0016]在本专利技术的第三方面，提供了一种SERS微流控芯片的制备方法，包括在基材上通过光固化聚合物将通过本专利技术方法所制得的SERS基底固定在基材表面；在所述SERS基底的顶部覆盖由高分子化合物制成的微通道，所述基材优选由玻璃制成。
[0017]在一个实施方案中，所述高分子化合物为聚二甲基硅氧烷。
[0018]在本专利技术SERS微流控芯片的一个实施方案中，所述光固化聚合物为NOA81。
[0019]在一个实施方案中，所述微通道具有两个进样口，分别与装有样品溶液和清洗溶液的进样器连接。。
[0020]在本专利技术SERS微流控芯片的一个实施方案中，所述微流控芯片上具有1个或多个检测室。
[0021]在一个实施方案中，所述基材为载玻片。
[0022]在本专利技术的第四方面，提供了根据本专利技术第三方面所述的方法制备的SERS微流控芯片。
[0023]在本专利技术的第五方面，提供一种拉曼检测的方法，其包括以下步骤：
[0024]1)将通过本专利技术第二方面所述的SERS基底浸入需分析的溶液中一段时间，或者将需分析的溶液加入根据本专利技术第四方面所述的SERS微流控芯片维持一段时间；
[0025]2)将浸泡过的SERS基底取出，干燥，采用拉曼光谱仪进行SERS检测。
[0026]在一个实施方案中，将检测过的SERS基底彻底清洗，干燥，用于下一次样品制备。
[0027]在一个实施方案中，SERS基底浸入需分析的溶液中的时间为2小时至12小时。
[0028]在一个实施例中，SERS基底浸入分析物溶液中后进行离心操作，进行离心操作的时间为10分钟至30分钟。在一个优选的实施例中，离心时间为20分钟，离心速度为2000rpm.
[0029]在一个实施例中，需分析的溶液为农药水溶液或蔬菜挤榨出来的可能含有农药残
留的汁水，检测有机磷、有机氯和氨基甲酸酯类农药残留，例如林丹。
[0030]本专利技术具有以下一个或者多个有益技术效果：本专利技术以电化学氧化还原的方法来制造纳米多孔材料作为有效的SERS基底，用于高灵敏度的无标记农药检测。与市场上现有的制造方法相比，我们的制备方法只需要两个步骤即可构建均匀的纳米孔，无需复杂的光刻步骤。此外，我们能够制造更大尺寸的一体化SERS基底，以扩大可检测体积。(与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备SERS基底的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将银片表面的银进行电化学反应，形成氯化银或氧化银，优选所述银片厚度100mm
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150mm；2)使所述银片表面的氯化银还原，获得具有纳米多孔银表面的银片。2.根据权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，在1)中，在氯化物例如氯化钾或氯化钠水溶液中进行电化学反应，使得银片表面的银通过反应形成氯化银，优选所述氯化物浓度为1
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2M。3.根据权利要求1或2所述制备SERS基底的方法，其特征在于，在1)中，所述银片为长方形、正方形、圆形或椭圆形。4.根据权利要求1或2所述制备SERS基底的方法，其特征在于，在2)中，使用硼氢化钠或柠檬酸钠还原所述氯化的表面，例如使用0.1
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0.2M的硼氢化钠或0.1
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0.2M的柠檬酸钠溶液。5.根据权利要求1
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4任何一项所述的方法制备的SERS基底。6.根据权利要求5所述的SERS基底，其特征在于，所述纳米多孔银材料具有的纳米孔的尺寸分布在10nm至100nm，优选在40nm至80nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晋卿，邱文婷，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：