本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)和臨床檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

表面增強(qiáng)拉曼散射（sers）技術(shù)以其獨(dú)特的譜帶窄、靈敏度高、檢測(cè)速度快和無(wú)損等優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物分析等方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。理想高效的sers基底通常不僅需要巨大的熱點(diǎn)獲得高靈敏度，也需要具有均勻的熱分布斑點(diǎn)以確保良好的信號(hào)再現(xiàn)性。而半導(dǎo)體-金屬?gòu)?fù)合材料的協(xié)同作用目前在sers領(lǐng)域更是受到廣泛關(guān)注，特別是具有自清潔能力占主導(dǎo)地位的半導(dǎo)體的zno與貴金屬的復(fù)合襯底。作為具有3.7ev的寬帶隙zno已經(jīng)被證明具有突出的化學(xué)增強(qiáng)效果。在3dzno/sio2sers復(fù)合襯底上沉積大量的agnps，能夠產(chǎn)生高密度的“熱點(diǎn)”，產(chǎn)生了雙重增強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)機(jī)制，這被廣泛探索和應(yīng)用到高度敏感檢測(cè)。

目前的報(bào)道已有二維的光子晶體薄膜、三維的光子晶體薄膜及光纖被用于表面拉曼光譜的基底研究。然而，光子晶體薄膜容易從基底脫落、不易大面積制備，大多數(shù)研究所報(bào)道的光子晶體薄膜做為基底時(shí)的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)在檢測(cè)時(shí)不穩(wěn)定而且靈敏度并不高，檢測(cè)限范圍有限。光子晶體光纖沖擊器有復(fù)雜的制造工藝和高成本，而三維有序的復(fù)合拉曼光子晶體微球做為表面拉曼增強(qiáng)光譜基底檢測(cè)時(shí)其檢測(cè)靈敏度高，操作簡(jiǎn)便，成本低廉且重復(fù)性好，表面熱點(diǎn)分布均一，進(jìn)一步提高復(fù)合材料在表面拉曼增強(qiáng)檢測(cè)領(lǐng)域的檢測(cè)限范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有的sers檢測(cè)技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種穩(wěn)定性好的復(fù)合拉曼光子晶體微球的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

1）將醋酸鋅的乙醇溶液、氫氧化鈉的乙醇溶液和二氧化硅光子晶體微球混合，于恒溫水浴中攪拌反應(yīng)，取固相洗滌、烘干，得三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球；

2）將pvp的乙二醇溶液和氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球混合后，再加入agno3水溶液和nabh4水溶液，于恒溫水浴中攪拌反應(yīng)后，取固相洗滌、烘干，得復(fù)合拉曼光子晶體微球。

步驟1）中，本發(fā)明利用原位合成的方法將氧化鋅納米粒子包覆在光子晶體微球表面，再通過(guò)步驟2）將銀納米粒子包覆在得到的微球表面，制得復(fù)合拉曼光子晶體微球，即在光子晶體微球表面引入氧化鋅納米粒子及銀納米粒子，來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)表面拉曼光譜效果。

本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建ag、zno納米粒子與sio2光子晶體微球的復(fù)合體系，結(jié)合ag與zno納米粒子的雙重電磁場(chǎng)增強(qiáng)作用，形成大量的“熱點(diǎn)”。再結(jié)合光子晶體的結(jié)構(gòu)特征，制備了一種高靈敏性，穩(wěn)定有序的sers活性基底，從而實(shí)現(xiàn)ag納米粒子之間、zno納米粒子之間、ag與zno之間的耦合作用以及多重sers增強(qiáng)效應(yīng)。復(fù)合拉曼光子晶體微球的制備為sers活性基底的設(shè)計(jì)制備提供了一個(gè)新的研究思路，并將推動(dòng)超高靈敏度sers分析技術(shù)的發(fā)展。

本發(fā)明工藝的優(yōu)點(diǎn)是：制備方法簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求低、原料易得、成本較低、靈敏度高、重復(fù)性好、穩(wěn)定性高、表面增強(qiáng)效果好等特點(diǎn)。制備出的三維有序的ag/zno/sio2光子晶體微球材料，形貌均一且規(guī)整。金屬、粗糙半導(dǎo)體和納米間隙的存在常稱(chēng)為sers的“熱點(diǎn)”。因此當(dāng)sers活性基底存在納米晶體的連接點(diǎn)或間隙時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的sers信號(hào)。將zno納米粒子均勻沉積在二氧化硅微球表面上時(shí)，可以構(gòu)造大量“熱點(diǎn)”。ag納米粒子原位還原在zno/sio2光子晶體微球材料上，從而在zno/sio2光子晶體微球的原有基礎(chǔ)上具有更好的sers信號(hào)增強(qiáng)效果。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述醋酸鋅的乙醇溶液中的醋酸鋅、氫氧化鈉的乙醇溶液中的氫氧化鈉和二氧化硅光子晶體微球的投料質(zhì)量比為1∶0.5132～0.7150∶0.0400～0.0789。在該質(zhì)量比的條件下，制備得到的氧化鋅均勻地負(fù)載在二氧化硅光子晶體微球上，形貌良好且有較好的拉曼增強(qiáng)效果。

所述醋酸鋅的乙醇溶液中醋酸鋅濃度為2.5～3.8g/l，所述氫氧化鈉的乙醇溶液中氫氧化鈉濃度為4.4～4.8g/l。該濃度范圍內(nèi)，zno納米粒子能較好地修飾在二氧化硅微球上，起到很好的拉曼增強(qiáng)效果。

所述二氧化硅光子晶體微球的粒徑為400±50μm。該粒徑的二氧化硅光子晶體微球能夠與其他反應(yīng)物恰好反應(yīng)制得形貌均一且sers信號(hào)良好的復(fù)合拉曼光子晶體微球。

所述步驟1）中，恒溫水浴為55～65℃，攪拌反應(yīng)為30～50min。此溫度和時(shí)間范圍內(nèi)，合成出的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球形貌均一且起到較好的拉曼增強(qiáng)效果。

所述pvp的乙二醇溶液中pvp、agno3水溶液中agno3、nabh4水溶液中nabh4和氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球的質(zhì)量比為1∶0.7101～0.7692∶0.2959～0.4396∶0.1038～0.1598。該質(zhì)量比條件下制備的復(fù)合的拉曼光子晶體微球形貌均一完整且起到很強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)效果。

所述agno3水溶液中agno3的濃度為7.2～9.6g/l，nabh4水溶液中nabh4的濃度為4～5g/l，pvp的乙二醇溶液中pvp的濃度為1.3g/l。該濃度范圍內(nèi)，銀納米粒子能較好地修飾在氧化鋅包覆的二氧化硅微球上，起到很強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)效果。

所述步驟2）中，所述恒溫水浴反應(yīng)的溫度為80～95℃，攪拌18～23min后，依次加入agno3水溶液、nabh4水溶液，再攪拌55～65min。該溫度，攪拌時(shí)間范圍內(nèi)，銀納米粒子能較好地修飾在氧化鋅包覆的二氧化硅微球上，起到很強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖。

圖2為制備的zno/sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖。

圖3為制備的復(fù)合拉曼光子晶體微球ag/zno/sio2的掃描電鏡圖。

圖4為制備的sio2光子晶體微球、zno/sio2光子晶體微球、復(fù)合拉曼光子晶體微球ag/zno/sio2檢測(cè)10^-2m4-mba的sers光譜。

圖5為復(fù)合拉曼光子晶體微球檢測(cè)不同濃度的結(jié)晶紫（cv）sers圖。

圖6為復(fù)合拉曼光子晶體微球經(jīng)過(guò)紫外光降解前后檢測(cè)10^-6m結(jié)晶紫的拉曼1620cm^-1處得到的柱狀圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，旨在使本發(fā)明的設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)目的及其創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)更加明了。

一、為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。

實(shí)施例1：

1、制備三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球：

在sio2光子晶體微球表面修飾-nh2：首先將煅燒后的sio2光子晶體微球浸入70%（v/v0）濃硫酸和30%的雙氧水混合溶液中過(guò)夜，使得制備的微球表面帶有羥基基團(tuán)。待洗凈微球后，用氮?dú)饬鞔蹈?，將微球置?0ml的無(wú)水乙醇和0.5ml3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）混合溶液中浸泡4h，在其表面進(jìn)一步修飾氨基基團(tuán)，反應(yīng)后充分洗凈過(guò)剩的aptes。同樣用氮?dú)饬鞔蹈杀４鎮(zhèn)溆谩?/p>

將40ml3.38g/l醋酸鋅乙醇溶液與16ml4.6g/l氫氧化鈉乙醇溶液依次倒入裝有修飾了-nh2的0.008gsio2光子晶體微球的三口燒瓶中機(jī)械攪拌，進(jìn)行恒溫水浴反應(yīng)。水浴溫度為60℃，機(jī)械攪拌時(shí)間為40min。制得三維有序的zno/sio2光子晶體微球。

2、制備一種復(fù)合拉曼光子晶體微球：

將20ml1.3g/lpvp乙二醇溶液加入到裝有0.0027gzno/sio2光子晶體微球的三口燒瓶中，在90℃水浴里機(jī)械攪拌20min后，依次加入2.5ml8g/lagno3水溶液，2ml4.54g/lnabh4水溶液，機(jī)械攪拌60min后，洗滌，烘干。

實(shí)施例2：

1、制備三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球：

在sio2光子晶體微球表面修飾-nh2：首先將煅燒后的sio2光子晶體微球浸入70%（v/v0）濃硫酸和30%的雙氧水混合溶液中過(guò)夜，使得制備的微球表面帶有羥基基團(tuán)。待洗凈微球后，用氮?dú)饬鞔蹈桑瑢⑽⑶蛑糜?0ml的無(wú)水乙醇和0.5ml3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）混合溶液中浸泡4h，在其表面進(jìn)一步修飾氨基基團(tuán)，反應(yīng)后充分洗凈過(guò)剩的aptes。同樣用氮?dú)饬鞔蹈杀４鎮(zhèn)溆谩?/p>

將40ml2.5g/l醋酸鋅乙醇溶液與16ml4.4g/l氫氧化鈉乙醇溶液依次倒入裝有修飾了-nh2的0.004gsio2光子晶體微球的三口燒瓶中機(jī)械攪拌，進(jìn)行恒溫水浴反應(yīng)。水浴溫度為65℃，機(jī)械攪拌時(shí)間為30min。制得三維有序的zno/sio2光子晶體微球。

2、制備一種復(fù)合拉曼光子晶體微球：

將14ml1.3g/lpvp乙二醇溶液加入到裝有0.00216gzno/sio2光子晶體微球的三口燒瓶中，在80℃水浴里機(jī)械攪拌23min后，依次加入2.5ml7.2g/lagno3水溶液，2ml4g/lnabh4水溶液，機(jī)械攪拌65min后，洗滌，烘干。

實(shí)施例3：

1、制備三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球：

在sio2光子晶體微球表面修飾-nh2：首先將煅燒后的sio2光子晶體微球浸入70%（v/v0）濃硫酸和30%的雙氧水混合溶液中過(guò)夜，使得制備的微球表面帶有羥基基團(tuán)。待洗凈微球后，用氮?dú)饬鞔蹈?，將微球置?0ml的無(wú)水乙醇和0.5ml3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）混合溶液中浸泡4h，在其表面進(jìn)一步修飾氨基基團(tuán)，反應(yīng)后充分洗凈過(guò)剩的aptes。同樣用氮?dú)饬鞔蹈杀４鎮(zhèn)溆谩?/p>

將40ml3.8g/l醋酸鋅乙醇溶液與16ml4.8g/l氫氧化鈉乙醇溶液依次倒入裝有修飾了-nh2的0.012gsio2光子晶體微球的三口燒瓶中機(jī)械攪拌，進(jìn)行恒溫水浴反應(yīng)。水浴溫度為55℃，機(jī)械攪拌時(shí)間為50min。制得三維有序的zno/sio2光子晶體微球。

2、制備一種復(fù)合拉曼光子晶體微球：

將26ml1.3g/lpvp乙二醇溶液加入到裝有0.0054gzno/sio2光子晶體微球的三口燒瓶中，在95℃水浴里機(jī)械攪拌18min后，依次加入2.5ml9.6g/lagno3水溶液，2ml5g/lnabh4水溶液，機(jī)械攪拌55min后，洗滌，烘干。

二、產(chǎn)物特性：

由圖1的sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖可以看出：微球整體粒徑在400±50μm，微球局部以六方堆積的結(jié)構(gòu)密集堆積，大小均一且排列規(guī)整。

由圖2的zno/sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖可以看出：氧化鋅納米粒子均勻地覆載在二氧化硅球上，修飾上氧化鋅納米顆粒后微球局部仍然保持六方堆積的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)規(guī)整。

由圖3的復(fù)合拉曼光子晶體微球ag/zno/sio2的sem圖可以明顯看到：銀納米粒子均勻地覆載在zno/sio2光子晶體微球上。修飾上銀納米顆粒后微球局部仍然保持六方堆積的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)規(guī)整。

由圖4的復(fù)合拉曼光子晶體微球檢測(cè)10^-2m4-mba的sers圖可以看出特征峰明顯。

由圖5的復(fù)合拉曼光子晶體微球檢測(cè)結(jié)晶紫（cv）的sers圖可以看出特征峰明顯，所制備的復(fù)合拉曼光子晶體微球?qū)v檢測(cè)下限達(dá)到10^-13m。

由圖6的復(fù)合拉曼光子晶體微球經(jīng)過(guò)紫外光降解前后檢測(cè)10^-6m結(jié)晶紫的拉曼1620cm^-1處得到的柱狀圖可以看出，所制備的復(fù)合材料可以重復(fù)使用7次。