提供了一种基底的制造方法。所述方法包括：a)提供支撑结构；b)通过将每个具有芯-壳结构的多个聚合物纳米颗粒附着到所述支撑结构来形成模板，其中所述芯包括第一聚合物且所述壳包括第二聚合物；以及c)通过将多个金属纳米颗粒附着到所述模板的聚合物纳米颗粒形成金属纳米阵列基底。还提供了一种生物传感器，其包括通过所述方法制造的基底，以及用于通过表面增强拉曼光谱(SERS)来探测样品中的分析物的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种形成基底的方法。特别地，本专利技术涉及一种通过表面增强拉曼光谱(SERS)形成用于光传感的基底的方法，及由此方法形成的基底。
技术介绍
振动分光镜技术，例如红外线(IR)，标准拉曼光谱以及表面增强拉曼光谱(SERS)已被用于分析物探测。在这些中，由于通过利用被吸收的SERS活性分析物分子与金属基底表面的相互作用来增强拉曼光谱强度，使SERS已发展成用于分析物探测的最灵敏技术之OSERS基底的主要用途就是用于生物传感器。对于具有10_29cm2的极小横截面拉曼散射面积，拉曼散射信号先天很弱。与先前所理解的激光激荡频率构成增强信号的原理不同，基底表面上拉曼热点的密度目前被认为是影响拉曼信号强度的主要因素。例如，对于包含纳米颗粒的SERS基底，拉曼热点可以存在于彼此邻近的相邻金属纳米颗粒之间的间隙或结点中。对于分析物分子，已利用原子力显微镜(AFM)表征法和SERS研究将这些热点确定为化学吸收点。两个纳米颗粒的近汇聚会促使它们各自的跃迁偶极子的偶合，跃迁偶极子由处于振动中的弹道载流子组成。它们电磁(EM)场的相干干涉会导致在耦合的等离子共振子中发生红移，且会导致信号强度的放大。因而，已发现拉曼信号的强度与热点的数量成比例。已经报道了通过改变SERS基底上的拉曼热点的密度，信号振幅增加至14数量级。虽然近些年已经将SERS确定为一种重要的分析技术，但是对于生物和环境感测中广泛使用的技术仍然对改进相关基底存在需求。由于众多挑战，因此远远限制了 SERS技术的商业化。首先，为了获得有效的生物感测能力，要本质上大大改进拉曼信号。因为SERS基底构成SERS测量的关键组件，所以多个小组已经尝试提供改进的SERS基底。一般地，一个优良的SERS基底应该能够可靠重复性的产生最佳的拉曼信号增强。然而，现有技术的SERS基底通常会经受贯穿其表面的不均匀的增强，因为现有基底制造技术目的是增强用于单分子探测的信号，且结果是产生高局部化的热点集合。对于实际应用，具有高重复性的基底是更适合的，因为它们允许一致SERS结果产生。其它涉及基底的问题包括相同基底上的不同部分的不一致信号增强、信号的批次变化、制造的复杂性、大批量制造的成本效益、基底的稳定性以及探测大范围分析物的能力。即使已经使用例如电子束光刻等技术来在基底上制造精确且良好定义的金属阵列，以克服这些重复性问题，但是这些方法价格昂贵且耗时。此外，这些技术缺少在肉眼可见范围上制造阵列的能力，因此产生可量测性方面的问题。现有技术也不是通用的，其中它们不能用在一些类型材料的表面上，且不能够用在非平面表面上。在SERS技术的一个特殊方面，光纤已经用于原位监控。这种方法比传统的基于基底的方法具有更多优点，例如紧密、挠性和遥控感测能力。因此，可以延伸至光纤的有成本效益和可靠的基底制造技术在将SERS基感测实际利用到许多范围中保持很大价值，例如，生物工艺工业、化学反应的实时监控和活性有机体生物感测、以及有毒化学/生物战争药剂的监控。在胺或硫醇端基硅烷自组装单层(SAMs)上使用金纳米颗粒的自组装，在光纤上获得传统的二维金或银纳米颗粒阵列。但是，缺少自组装工艺的重复性的不一致性、SERS中的低信号增强、以及导致不透明光纤插口的在光钎端头上形成任意多层的可能性是影响这 项技术利用的问题。即使已经使用了例如UV光刻和纳米印码等技术，这些技术仍然受到涉及信号增强、和制造便利的限制。为了实现更高信号增强，研究人员已经于金属纳米颗粒溶液中使用在端头具有SERS基底的光纤，以增加热点的数量。但是，这种方法麻烦且不能转用到生物环境，因为纳米颗粒溶液不能经受生物介质的苛刻的离子环境。综合以上，仍然对用于利用SERS进行光传感的改进基底、以及用于形成克服至少一个或多个上述问题的基底的改进方法存在需求。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种制造金属纳米阵列基底的方法，所述方法包括a)提供支撑结构；b)通过将每个具有芯-壳结构的多个聚合物纳米颗粒附着到支撑结构来形成模板，其中芯包括第一聚合物且壳包括第二聚合物；以及c)通过将多个金属纳米颗粒附着到模板的聚合物纳米颗粒形成金属纳米阵列。在第二方面，本专利技术涉及通过根据第一方面的本专利技术方法获得的金属纳米阵列基。在第三方面，本专利技术涉及包括通过根据第一方面的本专利技术方法制造的金属纳米阵列基底的生物传感器。在第四方面，本专利技术中涉及一种用于通过SERS探测样品中的分析物的方法，包括将样品与根据第二方面的生物传感器接触。附图说明本专利技术可以通过参考结合非限定性实施例和附图的具体实施方式来更好的理解，其中图IA是示出根据本专利技术的第一方面的实施方案的、制造金属纳米阵列基底的一般步骤的示意图。如所示(i)中，提供支撑结构105的截面图。通过将多个聚合物纳米颗粒附着到支撑结构105的表面来形成模板，每一个聚合物纳米颗粒具有芯-壳结构，其中芯包括第一聚合物101且壳包括第二聚合物103。在不同实施方案中，聚合物纳米颗粒在支撑结构的表面上是离散的颗粒。(ii)中，对多个聚合物纳米颗粒进行可选的处理步骤以控制或改变聚合物纳米颗粒的尺寸。如Qii)中所示，通过使聚合物纳米颗粒与金属纳米颗粒107接触来形成金属纳米阵列基底，由此将金属纳米颗粒107附着到模板的聚合物纳米颗粒，如(iv)所示。图IB是示出根据本专利技术第一方面的实施方案的、制造金属纳米阵列基底的步骤的示意图。如图中所示，准备金属纳米阵列基底，其包括位于硅(Si)或玻璃支撑结构上的金纳米颗粒簇阵列。如实施方案所示，使用聚合物纳米颗粒，其包括嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)。聚合物纳米颗粒附着到支撑结构上，用作在支撑结构上制造金纳米颗粒簇阵列的模板。(i)中，描述了位于包括或由硅或玻璃组成的支撑结构上的聚合物纳米颗粒的半球状侧面的截面图。聚合物纳米颗粒具有芯-壳结构，被附着到支撑结构的表面上以形成模板，其中芯包括第一聚合物，聚(2-乙烯基吡啶)，且壳包括第二聚合物，聚苯乙烯。在所示实施方案中，以氧(O2)可控等离子反应性离子蚀刻(RIE)来处理多个聚合物纳米颗粒以改变模板尺寸。例如，根据处理时间和PS壳的厚度，RIE移·除了一些PS壳，且可以暴露聚(2-乙烯基吡啶)芯。因而，减小了聚合物纳米颗粒的尺寸。(iii)中，在5. 8的pH值下、在含柠檬酸盐稳定胶态金纳米颗粒的溶液中形成聚合物纳米颗粒。对于PS-b-P2VP纳米颗粒，溶液的pH值小于等电点(pl)8.3。插图中显示出通过负电荷金(Au)纳米颗粒对包括P2VP芯的正电荷聚合物纳米颗粒所发现的静电相互作用。紧位于附着到支撑结构的聚合物纳米颗粒上的Au纳米颗粒簇形成金属纳米阵列基底，如(iv)所示。Au纳米颗粒簇的尺寸可以由特征尺寸来确定,例如聚合物纳米颗粒的尺寸和聚合物纳米颗粒之间的间隔。图2是示出具有溶液pH值的聚苯乙烯-嵌段-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-PVP)的 电势变化的曲线图。显示等电点(Pl)是8.3。还显示出在5.8的pH值下ζ电势是30. 6mV，其中5. 8pH值是柠檬酸盐稳定的金钠米颗粒溶液的pH值。图3(a)至图3(h)是透射电子显微镜(TEM)图像的平面图。图3(a)至图3(d)是在高放大倍数下测量得到的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造金属纳米阵列基底的方法，所述方法包括：a)提供支撑结构；b)通过将每个具有芯?壳结构的多个聚合物纳米颗粒附着到所述支撑结构来形成膜板，其中所述芯包括第一聚合物且所述壳包括第二聚合物；以及c)通过将多个金属纳米颗粒附着到所述模板的聚合物纳米颗粒形成金属纳米阵列基底。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：叶凤玲，S·克里施纳莫西，P·托尼约特，V·苏莱士，S·丁达，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：
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