本發(fā)明屬于拉曼散射技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法及制備裝置。

背景技術(shù)：

分子拉曼光譜的特征峰數(shù)目、位移、強(qiáng)度及形狀都與分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)能級(jí)相關(guān)，攜帶的是分子的結(jié)構(gòu)信息，因此拉曼光譜被視為分子的“指紋”，廣泛地應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)分析和分子識(shí)別。然而，單個(gè)分子拉曼散射的截面非常小(10-30cm²)，拉曼散射強(qiáng)度太弱，靈敏度低，很容易被熒光背景所淹沒(méi)。表面增強(qiáng)拉曼散射是指分子吸附到某些金屬納米結(jié)構(gòu)基底的表面時(shí)，分子的拉曼信號(hào)顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象，可以將通常非常微弱的拉曼信號(hào)強(qiáng)度放大到1百萬(wàn)倍以上，在表面分析、催化作用、生物醫(yī)學(xué)傳感、痕量檢測(cè)與分析等領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

表面增強(qiáng)拉曼光譜的測(cè)量與獲取離不開(kāi)表面增強(qiáng)拉曼芯片，目前，一致性背景噪音更小、檢測(cè)結(jié)果更精確、成本低、可靠性好的一次性表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。常用的技術(shù)方法有：1)化學(xué)還原法，主要是在液相條件下，用還原液還原金屬化合物而制備納米金屬粒子，常用的還原液有硼氫化鈉和檸檬酸鈉等，并在反應(yīng)的過(guò)程中加入分散劑(如聚乙烯吡咯酮PVP)以減少粒子間碰撞而引起的團(tuán)聚；2)電化學(xué)法，通過(guò)電極和固體/液體界面給液體中的離子或分子提供電子使其發(fā)生還原反應(yīng)；該方法簡(jiǎn)單、快速、無(wú)污染，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)方便地控制；但需要消耗大量的電能，且材料活性大，需要還原處理，成本高。另外，還有超聲波法、模板法、熱蒸發(fā)、磁控濺射、水熱法等。這些方法所需要的化學(xué)工藝復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)，限制了表面增強(qiáng)芯片的批量制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法及制備裝置，旨在簡(jiǎn)化表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備過(guò)程，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，同時(shí)降低其生產(chǎn)成本。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法，包括以下步驟：

產(chǎn)生激發(fā)光，并照射在塑料基片上；

將還原液滴入到所述塑料基片表面以在所述塑料基片表面上沉積一層金屬納米顆粒，通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，使所述金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸；

清除所述塑料基片表面的還原液，用紫外固化膠固定所述塑料基片兩側(cè)，獲得塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片；

其中，所述還原液為硝酸銀與檸檬酸鈉混合液、硝酸銀與硼氫化鈉混合液、氯金酸溶液與檸檬酸鈉混合液、氯金酸與硼氫化鈉混合液中的一種。

進(jìn)一步地，所述產(chǎn)生激發(fā)光，并照射在塑料基片上，包括：

產(chǎn)生激發(fā)光，先將所述激發(fā)光轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光，然后將所述準(zhǔn)直光照射在塑料基片上。

進(jìn)一步地，所述通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，使所述金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸，包括：

實(shí)時(shí)測(cè)量所述金屬納米顆粒的投射功率，以實(shí)時(shí)計(jì)算所述金屬納米顆粒的生長(zhǎng)尺寸，并根據(jù)所述金屬納米顆粒的生長(zhǎng)尺寸的變化與光照時(shí)間的關(guān)系，通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，使所述金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸。

進(jìn)一步地，所述還原液濃度為0.5×10^-2mol/L。

進(jìn)一步地，所述激發(fā)光的波長(zhǎng)為400-1100nm。

進(jìn)一步地，所述塑料基片的材料為包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、甲丙烯酸甲酯或聚碳酸酯中至少一種。

進(jìn)一步地，所述塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片表面的金屬納米顆粒的尺寸為30-70nm。

本發(fā)明還提供了一種塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置，包括：

激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；

準(zhǔn)直系統(tǒng)，用于將所述激發(fā)光轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光；

玻璃基片，用于承載塑料基片及還原液，以生成金屬納米顆粒；

光功率探頭，用于探測(cè)所述金屬納米顆粒的投射功率；

光功率計(jì)表頭，用于記錄所述金屬納米顆粒的投射功率的變化，以計(jì)算所述金屬納米顆粒的尺寸；

所述準(zhǔn)直系統(tǒng)與所述光功率探頭置于所述玻璃基片的兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述制備裝置還包括：

光導(dǎo)纖維傳輸系統(tǒng)，用于將所述激發(fā)光傳輸至所述準(zhǔn)直系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述制備裝置還包括：

夾持裝置，用于固定所述準(zhǔn)直系統(tǒng)，以使透過(guò)所述準(zhǔn)直系統(tǒng)的準(zhǔn)直光照射在所述塑料基片上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法，通過(guò)將還原液滴入塑料基片表面，通過(guò)激光誘導(dǎo)化學(xué)還原的方法，在光照及塑料表面靜電吸附的作用下發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)，還原液中的金屬離子逐漸還原為金屬納米顆粒而生長(zhǎng)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)銀或金納米顆粒的還原與吸附，從而在塑料基片的表面上沉積一層均勻的銀或金納米顆粒；通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，即可使生成的金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸。所述制備方法利用低成本的塑料基片，使用激光照射，只需控制好激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間即可獲得所需尺寸的金屬納米顆粒，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)便易行，重復(fù)性好，可批量生產(chǎn)。

本發(fā)明提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)建方便，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，可批量生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例所制備的銀納米顆粒的R6G測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

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)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法，包括以下步驟：

產(chǎn)生激發(fā)光，并照射在塑料基片上；

將還原液滴入到所述塑料基片表面以在所述塑料基片表面上沉積一層金屬納米顆粒，通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，使所述金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸；

清除所述塑料基片表面的還原液，用紫外固化膠(可從市場(chǎng)上購(gòu)得，如美國(guó)Norland公司的NOA61等酯類光敏固化劑)固定所述塑料基片兩側(cè)，獲得塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片；

其中，所述還原液為硝酸銀與檸檬酸鈉混合液、硝酸銀與硼氫化鈉混合液、氯金酸溶液與檸檬酸鈉混合液、氯金酸與硼氫化鈉混合液中的一種。

本實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法，通過(guò)將還原液滴入塑料基片表面，通過(guò)激光誘導(dǎo)化學(xué)還原的方法，在光照及塑料表面靜電吸附的作用下發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)，還原液中的金屬離子逐漸還原為金屬納米顆粒而生長(zhǎng)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)銀或金納米顆粒的還原與吸附，從而在塑料基片的表面上沉積一層均勻的銀或金納米顆粒；通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，即可使生成的金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸。所述制備方法利用低成本的塑料基片，使用激光照射，只需控制好激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間即可獲得所需尺寸的金屬納米顆粒，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)便易行，重復(fù)性好，可批量生產(chǎn)。

具體地，所述塑料基片在使用前先用浸泡、超聲清洗3-5次；所述超聲的頻率為40kHz。

所述產(chǎn)生激發(fā)光，并照射在塑料基片上，包括：

產(chǎn)生激發(fā)光，先將所述激發(fā)光轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光然后將所述準(zhǔn)直光照射在塑料基片上。

所述激發(fā)光經(jīng)準(zhǔn)直后，光斑尺寸減小，光功率密度增加。

所述通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，使所述金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸，包括：

實(shí)時(shí)測(cè)量所述金屬納米顆粒的投射功率，以實(shí)時(shí)計(jì)算所述金屬納米顆粒的生長(zhǎng)尺寸，并根據(jù)所述金屬納米顆粒的生長(zhǎng)尺寸的變化與光照時(shí)間的關(guān)系，通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，使所述金屬納米顆粒達(dá)到所需尺寸。

具體地，所述還原液濃度為0.5×10^-2mol/L，由濃度均為1×10^-2mol/L的兩種溶液按體積比1:1混合而得。如硝酸銀與檸檬酸鈉混合液配制如下：用濃度為1×10^-2mol/L的硝酸銀溶液與濃度為1×10^-2mol/L的檸檬酸鈉溶液按體積比1:1充分混合即可。

具體地，所述激發(fā)光的波長(zhǎng)為400-1100nm。所述塑料基片的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、甲丙烯酸甲酯或聚碳酸酯中的至少一種。

具體地，所述塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片表面的金屬納米顆粒的尺寸為30-70nm。具體參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例所制得的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片，1為玻璃基片，2為塑料基底。

參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例還提供了一種塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100，包括：

激發(fā)光源10，用于產(chǎn)生激發(fā)光；

準(zhǔn)直系統(tǒng)4，用于將所述激發(fā)光轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光；

玻璃基片7，用于承載塑料基片及還原液，以生成金屬納米顆粒；

光功率探頭8，用于探測(cè)所述金屬納米顆粒的投射功率；

光功率計(jì)表頭9，用于記錄所述金屬納米顆粒的投射功率的變化，以計(jì)算所述金屬納米顆粒的尺寸；

準(zhǔn)直系統(tǒng)4與光功率探頭8置于玻璃基片7的兩側(cè)。

本實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100，通過(guò)激發(fā)光源10產(chǎn)生的激發(fā)光經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)4準(zhǔn)直后照射玻璃基片上的塑料基片及還原液，通過(guò)激光誘導(dǎo)化學(xué)還原，使還原液發(fā)生還原反應(yīng)而生成金屬納米顆粒。通過(guò)控制激發(fā)光功率及/或光照時(shí)間，通過(guò)光功率探頭8及光功率計(jì)表頭9獲取所述金屬納米顆粒的投射功率的變化，以計(jì)算所述金屬納米顆粒的尺寸。待所述金屬納米顆粒的尺寸達(dá)到所需參數(shù)時(shí)，關(guān)閉激發(fā)光源10即可。

本實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)建方便，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，可批量生產(chǎn)。

具體地，塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100還包括：

光導(dǎo)纖維傳輸系統(tǒng)11，用于將所述激發(fā)光傳輸至準(zhǔn)直系統(tǒng)4。

塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100還包括：

夾持裝置3，用于固定準(zhǔn)直系統(tǒng)4，以使透過(guò)準(zhǔn)直系統(tǒng)4的準(zhǔn)直光照射在塑料基片7上。通過(guò)夾持裝置3固定準(zhǔn)直系統(tǒng)4，不僅使透過(guò)準(zhǔn)直系統(tǒng)4的準(zhǔn)直光照射在塑料基片7上，也方便光功率探頭8探測(cè)塑料基片7上生成的金屬納米顆粒的投射功率。

具體地，所述還原液為硝酸銀與檸檬酸鈉混合液、硝酸銀與硼氫化鈉混合液、氯金酸溶液與檸檬酸鈉混合液、氯金酸與硼氫化鈉混合液中的一種；所述還原液濃度為0.5×10^-2mol/L。

具體地，所述激發(fā)光的波長(zhǎng)為400-1100nm。所述塑料基片的材料為包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、甲丙烯酸甲酯或聚碳酸酯中至少一種。所述金屬納米顆粒的尺寸為30-70nm。

本實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100，根據(jù)本實(shí)施例所提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備方法設(shè)計(jì)而成，兩者所用原料、激發(fā)光等及其參數(shù)均相同。

使用本實(shí)施例提供的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片的制備裝置100制備塑料表面拉曼芯片，步驟如下：

用去離子水將塑料基片及玻璃基片7超聲清洗2次，并將還原液滴入到塑料基片上；所述還原液為硝酸銀溶液；

開(kāi)啟激發(fā)光源10，經(jīng)過(guò)光導(dǎo)纖維傳輸系統(tǒng)11、準(zhǔn)直系統(tǒng)4調(diào)整，使誘導(dǎo)的激發(fā)光照射到滴有還原液的塑料基片上，并用光功率探頭8記錄此時(shí)的透射功率；加大激發(fā)光功率，觀察此時(shí)光功率的變化，當(dāng)光功率衰減到原來(lái)的1/5時(shí)，停止誘導(dǎo)。誘導(dǎo)過(guò)程中，在激發(fā)光的照射下，硝酸銀發(fā)生分解，并通過(guò)靜電作用吸附到塑料基片上并持續(xù)生長(zhǎng)；

將制備好的塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片放入去離子水中進(jìn)行浸泡、清洗，清除表面的還原劑殘留，將制備好的芯片用紫外固化膠固定塑料基片兩側(cè)，塑料表面增強(qiáng)拉曼芯片制備完成。

利用探針?lè)肿?，進(jìn)行R6G(羅丹明6G)測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。所用的R6G溶液的濃度為10^-6mol/L，所用的激發(fā)光功率為2mW，積分時(shí)間為10s。

從圖3中可以看出：1361.2cm^-1和1509cm^-1處的特征峰與R6G的特征峰相符，這說(shuō)明本實(shí)施例所制備的銀納米顆粒具有合適的排列密度，保證了背景光譜最小。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。