基于銀納米星自組裝的微流控3d sers襯底制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在微流控芯片中制備表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS, Surface-enhanced Raman Scattering) 3D襯底的方法，屬于微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片因其具有微米級尺寸的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出許多有別于宏觀結(jié)構(gòu)下的物理、化學(xué)、表面等特性，因此在生物、物理、化學(xué)等方面有重要的應(yīng)用空間和前景。表面增強(qiáng)拉曼散射作為一種有效的檢測手段，因其具有信號譜特征峰狹窄、無熒光猝滅等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究和應(yīng)用。將微流控芯片和表面增強(qiáng)拉曼散射檢測技術(shù)相結(jié)合具有重要意義。有研究將二者的結(jié)合芯片稱為光流體芯片。
[0003]為了提高表面增強(qiáng)拉曼散射的檢測靈敏度，襯底的制備尤為重要。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，發(fā)展了各種各樣的有效襯底用于表面增強(qiáng)拉曼散射檢測。而其中3D結(jié)構(gòu)的襯底因其在二維平面拓展出另一個(gè)維度，大大增加了襯底的表面積和SERS熱點(diǎn)分布，具有優(yōu)異的SERS增強(qiáng)效果。因此在微流控芯片中，3D型的SERS襯底制備方法也備受關(guān)注。
[0004]據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，制備3D結(jié)構(gòu)的襯底主要是物理方法，包括模板光刻法、干涉光亥IJ、電子束刻蝕、熱膜壓等。抑或是物理和化學(xué)方法相結(jié)合，通過物理方法制備規(guī)則的陣列，并在其上沉積或者自組裝上金屬顆粒。研究最少的是通過化學(xué)方法進(jìn)行3D結(jié)構(gòu)的制備，有文獻(xiàn)報(bào)道通過預(yù)先制備柱形氧化鋅，而后沉積上金屬顆粒獲得3D結(jié)構(gòu)。以上方法均存在制備繁瑣、耗時(shí)等缺點(diǎn)，并且物理方法對于儀器設(shè)備要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為解決目前微流控芯片中3D SERS襯底制備繁瑣、耗時(shí)的問題，本發(fā)明專利提供了一種便捷的方法，用于微流控中3D SERS襯底的制備。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種基于銀納米星自組裝的微流控3D SERS襯底制備方法，利用銀納米星與偶聯(lián)劑的靜電吸附作用，在微流控芯片的微通道內(nèi)層層自組裝形成3D高靈敏度SERS襯底。
[0008]具體包括以下步驟:
[0009]步驟1，在微流控芯片的微通道中通入偶聯(lián)劑溶液；
[0010]步驟2，在步驟I通入過偶聯(lián)劑溶液的微通道中通入與偶聯(lián)劑溶液電性相反的銀納米星溶液；
[0011]步驟3，依次重復(fù)進(jìn)行步驟I和2。
[0012]優(yōu)選的:所述步驟I中的微流控芯片的制作方法:首先用王水超聲清洗玻璃片；然后用水沖洗、烘干；最后讓玻璃片與硅橡膠鍵合形成微流控芯片。
[0013]優(yōu)選的:所述步驟I中通入偶聯(lián)劑溶液后，通入去離子水去除多余未吸附的偶聯(lián)劑溶液。
[0014]優(yōu)選的:所述步驟2中通入銀納米星溶液后，通入去離子水去除多余未吸附的銀納米星溶液。
[0015]優(yōu)選的:所述步驟I中，將偶聯(lián)劑溶液以0.2ul/min-0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為0.5-2小時(shí)。
[0016]優(yōu)選的:所述步驟2中，將銀納米星溶液以0.2ul/min-0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為0.5-2小時(shí)。
[0017]優(yōu)選的:所述步驟I中，將偶聯(lián)劑溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為I小時(shí)。
[0018]優(yōu)選的:所述步驟2中，將銀納米星溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為I小時(shí)。
[0019]優(yōu)選的:所述步驟3中重復(fù)進(jìn)行步驟I和2兩次。
[0020]優(yōu)選的:所述偶聯(lián)劑溶液為APTES溶液或PSS溶液。
[0021]有益效果:本發(fā)明提供的基于銀納米星自組裝的微流控3D SERS襯底制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、本發(fā)明利用帶支角的銀納米星與偶聯(lián)劑的靜電吸附作用，通過層層組裝(至少兩層)即可形成3D結(jié)構(gòu)。制備過程簡單、便捷，避免了傳統(tǒng)物理法的儀器設(shè)備要求高、耗時(shí)長的缺點(diǎn)。
[0023]2、本發(fā)明制備得到的3D襯底對表面增強(qiáng)拉曼散射具有較好的增強(qiáng)作用，具備良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1是用于自組裝的銀納米星顆粒示意圖；
[0025]圖2是制備得到的3D襯底俯視不意圖；
[0026]圖3是制備得到的3D襯底橫截面示意圖；
[0027]圖4是3D襯底對4MBA分子的SERS增強(qiáng)效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0029]—種基于銀納米星自組裝的微流控3D SERS襯底制備方法，該方法利用靜電吸附原理，利用帶有支角的銀納米星(表面帶負(fù)電)和偶聯(lián)劑APTES(帶正電)的靜電吸附作用，將銀納米星層層自組裝于微流控芯片的微流控通道(微通道)中，形成3D襯底結(jié)構(gòu)。該3D襯底結(jié)構(gòu)在表面增強(qiáng)拉曼散射方面具有良好應(yīng)用前景。
[0030]包括以下步驟:
[0031]步驟1，在微流控芯片的微通道中通入APTES溶液；
[0032]步驟2，在步驟I通入過APTES溶液的微通道中通入銀納米星溶液；
[0033]步驟3，依次重復(fù)進(jìn)行步驟I和2。
[0034]具體包括以下步驟:
[0035]I)制備銀納米星。將5mL 0.05M的氫氧化鈉和5mL 0.06M的羥胺混合攪拌，緩慢加入90mL ImM的硝酸銀溶液。反應(yīng)5分鐘后加入ImL I %檸檬酸鈉溶液。攪拌反應(yīng)I小時(shí)后即可得到表面帶負(fù)電的銀納米星顆粒，如圖1所示。與此對應(yīng)的偶聯(lián)劑APTES((3-氨丙基)三乙氧基硅烷)帶正電。在另一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)5分鐘后加入Iml 1% CTAB溶液，則可得到表面帶正電的銀納米星顆粒。與之對應(yīng)的是帶負(fù)電的偶聯(lián)劑PSS(聚苯乙烯磺酸鈉)。離心，重分散于去離子水中。濃縮倍數(shù)為40倍。同時(shí)用王水超聲清洗玻璃片I個(gè)小時(shí)，用大量水沖洗并置于130°C環(huán)境中烘干；玻璃片與硅橡膠(PDMS)鍵合形成微流控芯片；
[0036]2)通入APTES溶液。通過注射器，將稀釋100倍的APTES溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中。時(shí)間為I小時(shí)，APTES吸附于微通道表面上。后通過去離子水去除多余未吸附的APTES溶液。在另一實(shí)施例中，APTES溶液以0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為0.2小時(shí)。又在一實(shí)施例中，APTES溶液，以0.2ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為2小時(shí)。在又一個(gè)實(shí)施例中，PSS溶液以0.2ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為2小時(shí)，在另一個(gè)實(shí)施例中，PSS溶液以0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為0.2小時(shí)。
[0037]3)通入銀納米星溶液。通過注射器，將帶正電濃縮40倍的銀納米星溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中。因與預(yù)通的APTES形成靜電吸附，銀納米星顆粒便可吸附在微通道之中。注入時(shí)間為I小時(shí)。后通過去離子水去除多余未吸附的銀納米星溶液。在另一實(shí)施例中，帶正電銀納米星溶液以0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，與預(yù)通的APTES形成靜電吸附，時(shí)間為0.2小時(shí)。又在一實(shí)施例中，帶正電銀納米星溶液，以0.2ul/min的流速注入微流控芯片中，與預(yù)通的APTES形成靜電吸附，時(shí)間為2小時(shí)。在另一實(shí)施例中，帶負(fù)電濃縮40倍的銀納米星溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中。與預(yù)通的PSS形成靜電吸附，銀納米星顆粒便可吸附在微通道之中。注入時(shí)間為I小時(shí)。在另一實(shí)施例中，帶負(fù)電銀納米星溶液以0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，與預(yù)通的PSS形成靜電吸附，時(shí)間為0.2小時(shí)。又在另一實(shí)施例中，帶負(fù)電銀納米星溶液，以0.2ul/min的流速注入微流控芯片中，與預(yù)通的PSS形成靜電吸附，時(shí)間為2小時(shí)。
[0038]4)重復(fù)2)和3)步驟兩次，即可得到三次自組裝的銀納米星，即3D襯底結(jié)構(gòu)。
[0039]5) 3D形貌表征。用掃描電子顯微鏡對制備得到的3D襯底結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，如圖2和圖3所示，制備得到的襯底具有明顯的多孔和3D結(jié)構(gòu)，且整體形貌較為致密。
[0040]6) 3D襯底的SERS增強(qiáng)效果表征。取ImM 4MBA溶液30ul，以0.5ul/min的流速注入微通道中。后測4MBA的SERS信號。
[0041]7)該實(shí)施例中制備出的3D襯底結(jié)構(gòu)對4MBA分子的SERS信號增強(qiáng)效果如圖4所示?？梢钥闯鲈撘r底對4MBA分子的SERS信號具有良好的增強(qiáng)效果。
[0042]由上可知，本發(fā)明通過注射器將預(yù)先制備好的電性相反的銀納米星顆粒和偶聯(lián)劑按次序注入微流控芯片中，注入過程遵循一定的流速和時(shí)間。反復(fù)進(jìn)行注入，銀納米星便會層層自組裝于微流控芯片中，得到3D結(jié)構(gòu)的SERS襯底。該方法制備簡單便捷，同時(shí)得到的襯底結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，在表面增強(qiáng)拉曼散射應(yīng)用上具有較好的應(yīng)用潛力。
[0043]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于銀納米星自組裝的微流控3D SERS襯底制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，在微流控芯片的微通道中通入偶聯(lián)劑溶液； 步驟2，在步驟I通入過偶聯(lián)劑溶液的微通道中通入與偶聯(lián)劑溶液電性相反的銀納米星溶液； 步驟3，依次重復(fù)進(jìn)行步驟I和2。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟I中的微流控芯片的制作方法:首先用王水超聲清洗玻璃片；然后用水沖洗、烘干；最后讓玻璃片與硅橡膠鍵合形成微流控芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟I中通入偶聯(lián)劑溶液后，通入去離子水去除多余未吸附的偶聯(lián)劑溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟2中通入銀納米星溶液后，通入去離子水去除多余未吸附的銀納米星溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟I中，將偶聯(lián)劑溶液以0.2ul/min-0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為0.5-2小時(shí)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟2中，將銀納米星溶液以0.2ul/min-0.8ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為0.5-2小時(shí)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟I中，將偶聯(lián)劑溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為I小時(shí)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟2中，將銀納米星溶液以0.5ul/min的流速注入微流控芯片中，時(shí)間為I小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述步驟3中重復(fù)進(jìn)行步驟I和2兩次。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于銀納米星自組裝的微流控3DSERS襯底制備方法，其特征在于:所述偶聯(lián)劑溶液為APTES溶液或PSS溶液。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于銀納米星自組裝的微流控3D？SERS襯底制備方法，通過注射器將預(yù)先制備好的銀納米星顆粒和偶聯(lián)劑(與銀納米星顆粒電性相反)按次序注入微流控芯片中，注入過程遵循一定的流速和時(shí)間。反復(fù)進(jìn)行注入，銀納米星便會層層自組裝于微流控芯片中，得到3D結(jié)構(gòu)的SERS襯底。該方法制備簡單便捷，同時(shí)得到的襯底結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，在表面增強(qiáng)拉曼散射應(yīng)用上具有較好的應(yīng)用潛力。
【IPC分類】B22F3/22, B22F9/24
【公開號】CN105215364
【申請?zhí)枴緾N201510628677
【發(fā)明人】王著元, 范可泉, 崔一平
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月28日