本发明专利技术属于激光拉曼光谱和痕量毒品检测技术领域，具体涉及一种用于检测毒品的高灵敏度SERS传感器活性基底及其制备方法。本发明专利技术提供一种SERS活性基底，所述SERS活性基底是涂覆在基片上的贵金属纳米锥体阵列结构，所述贵金属材料为银和/或金。本发明专利技术还提供一种采用氩离子冲击方法制备所述SERS活性基底的方法。本发明专利技术所述高灵敏度SERS传感器活性基底具有表面增强拉曼活性，重复率高的，可用于痕量化合物如毒品、爆炸物等探测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光拉曼光谱和痕量毒品检测
，具体涉及一种用于检测毒品的高灵敏度SERS传感器活性基底及其制备方法；更具体地说，本专利技术涉及一种具有表面增强拉曼活性，重复率高的，可用于痕量化合物如毒品、爆炸物等探测的高灵敏度SERS传感器活性基底及其制备方法。
技术介绍
作为分析分子振动光谱的常用方法，激光拉曼技术已经被广泛应用于鉴别物质的分子结构、分析表面结合状态等领域。然而拉曼效应信号往往非常弱，当被测分子的浓度较小，或对表面吸附物质进行探测时，常规激光拉曼方法就显得力不从心。表面增强拉曼散射(SERS)效应能够使吸附在粗糙金属基底表面的分子拉曼散射信号得到极大增强，因此被作为一种高灵敏度的表面分析探测技术，在痕量分析和定性检测、表面科学、生物科学等领域得到了广泛研究。理想的SERS活性基底应具有制备方法简单易行，表面粗糙度均匀、增强效果好、重复性好等特点。常用的制备SERS基底的方法一是利用化学或电化学方法使金属电极表面粗糙化，得到具有高比表面积的粗糙表面；另一种方法是制备具有纳米尺度的金属溶胶，将负载有金属溶胶颗粒的基片作为增强基底。目前应用最多的增强基底是银或金的溶胶颗粒，具有较强的SERS效应，但是信号重现性和稳定性差，不易存放。鉴于此，开发出一种同时具备简单易行、表面粗糙度均匀、增强效果好，并有足够的稳定性和重复性的活性SERS基底很有必要，这在拓宽SERS在痕量分定性检测和单分子体系光谱等方面的应用具有重要的意义。·基于激光拉曼光谱发的爆炸物毒品探测仪器，其核心在于SERS传感器的研制和开发；而SERS传感器的关键技术在于探测头上高灵敏度SERS活性基底的性能。该活性基底的好坏，可以导致探测浓度级别的差异甚至在10000倍以上，将极大的影响毒品探测系统的探测灵敏度和性能。现今报道的活性基底SERS增强因子基本上都在IO6级别，用于超敏探测痕量毒品还有一定困难。比如国家十一五科技支撑计划就要求对体液或尿液中毒品如氯胺酮、K粉等最低检测限要达到100ng/ml，大致在IOOppb级别。这一高灵敏度传感器活性基底将对提高爆炸物毒品SERS探测仪灵敏度具有极大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过对贵金属材料表面纳米结构进行设计，以提供一种高灵敏度SERS传感器活性基底，从而解决现有技术中存在的上述问题，用本专利技术的这种高灵敏度SERS传感器活性基底应具有极高的SERS增强和灵敏度、附着性好、体积小、便携性好。本专利技术一方面提供一种SERS活性基底，所述SERS活性基底是涂覆在基片上的贵金属纳米锥体阵列结构，所述贵金属材料为银和/或金。在一个实施方式中，在所述贵金属纳米锥体阵列结构中，纳米锥体根部直径约为100-500nm，锥体针尖直径为10_20nm，纳米锥体长度为100-1000nm。在所述贵金属纳米锥体阵列结构中，纳米锥体之间的间距为100-500nm。在所述贵金属纳米锥体阵列结构中，顶椎角为15-30度，锥体的中轴线与基底之间的角度为0-90度。本专利技术另一方面提供一种采用氩离子冲击方法制备本专利技术所述SERS活性基底的方法，所述方法包括以下步骤(I)基片上形成贵金属膜层；(2)贵金属膜层上“诱导”形成碳膜层；(3)对覆盖碳膜层的贵金属膜层进行氩离子冲击；(4)清洗去掉多余碳膜层。 在本专利技术一个实施方式中，步骤I中采用的基片选自硅片、玻璃、钢铁、和/或塑料。所述贵金属Ai^P/或Ag。所述贵金属膜层的厚度为IOOnm到lOOOnrn。所述贵金属膜层采用磁控溅射或金属蒸镀形成在基片上。在本专利技术一个实施方式中，步骤2中的所述碳膜层厚度为80_120nm，优选约为100nm。在本专利技术一个实施方式中，步骤3通过装备有超高真空和考夫曼(Kaufman)型离子枪的离子束系统来进行。在上述方法中，步骤2首先在贵金属膜层(例如银膜)表面沉积一层碳膜，作为“模板”诱导形成锥体纳米结构，所述碳层厚度优选为IOOnm左右。在上述方法中，步骤3是通过装备有超高真空和考夫曼型离子枪的离子束系统来制备。600eV氩离子束聚焦成一个380um直径的微束，其平均离子电流密度为150 220uA/cm2。离子束和样品表面夹角可以通过改变氩离子枪方向来调节。室内基础真空度为1\10-5 8父10-^，工作真空为1X10—2 3X10_2Pa。室温下氩离子冲击持续约4-20分钟。在上述方法步骤4中，在冲击完成后，残留的碳层可以通过酒精超声清洗清除掉。本专利技术提供的制备方法成本较低，操作控制简便。用本专利技术得到的表面增强拉曼散射金属基底具有增强效果显著，可重复性高，基底稳定性好等特点。本专利技术制备的SERS可以探测到浓度低至KT12M的R6G(罗丹明6G)分子和IOOppb级别的氯胺酮(Katamine,即K粉)分子，增强因子可达IOltl数量级，这充分证明运用本方法制备的活性基底对探测分子进行SERS光谱检测有极高的灵敏性，可用于痕量化合物如毒品、爆炸物等探测的高灵敏度SERS传感器，在痕量分析、定性检测甚至单分子探测等方面具有极大的应用潜力。附图说明图I是本专利技术的SERS活性基底贵金属纳米锥体阵列结构的高放大倍数电子扫描显微镜(SEM)形貌照片。图2是本专利技术的以罗丹明6G为探针分子，以不同长度的纳米锥体阵列结构为增强基底的表面增强拉曼散射谱图。谱线从下到上依次为(A)0. IM R6G吸附在硅基底的拉曼光谱，(B) IOnM R6G吸附在银膜的拉曼光谱；以及IOnM R6G吸附在银膜厚度为(C) 200、(D) 300, (E) 400, (F) 500nm改性的银基底的拉曼光谱。激发光为532nm，激发时间为3s。图3是本专利技术的以不同浓度的罗丹明6G为探针分子，以纳米锥体阵列结构为增强基底的表面增强拉曼散射谱图。谱线从下到上依次为(A) IOnM R6G吸附在银膜的拉曼光谱；以及厚度500nm的银膜改性后的基底吸附浓度分别为(B)O. OOlnM, 20s ； (C)O. OlnM ；⑶O. InM ； (E) InM ； (F) IOnM的R6G的拉曼光谱。未特殊说明激发条件为532nm，激发时间为3s0图4是本专利技术的以不同浓度的氯胺酮溶液为试验毒品试剂，以纳米锥体阵列结构为增强基底的表面增强拉曼散射谱图。谱线从下到上依次为(A)O. IM氯胺酮吸附在银膜的拉曼光谱；以及182ppb氯胺酮吸附在银膜厚度为(B) 200、(0 300、(D) 400、(E) 500nm改性的银基底的拉曼光谱。激发光为633nm，激发时间为3s。具体实施例方式下面通过实施例和对比例对本专利技术的技术方案做进一步说明 本专利技术利用独有的氩离子冲击技术对基片上的贵金属膜层进行冲击改性，得到具有圆锥状的纳米结构阵列。首先在基片上采用物理方法如磁控溅射方法制备贵金属AiuAg膜层，然后在“模板”导引和氩离子冲击作用下，形成各种贵金属纳米锥体阵列结构。通过改变贵金属膜层厚度可以调节纳米结构的长度等参数；通过改变氩离子冲击角度和时间可以调节纳米锥体中轴与基底面的角度、以及针顶角。这种方法的好处是可以在很多基底如硅片、玻璃、钢铁、甚至塑料等上面制备相应的纳米结构；而且纳米锥体可以和基底成任何角度(从O度到垂直于基底面)。纳米锥体结构的各种参数，如锥体长度、锥本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种SERS活性基底，所述SERS活性基底是涂覆在基片上的贵金属纳米锥体阵列结构，所述贵金属材料为银和/或金。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，黄政仁，野上政行，钟村荣，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，日本名古屋工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。