CH703612A2 - Coating hydrophilic solid with gold layer with extended surface, comprises immersing surface of solid in gold ions and hydroxylamine-containing reaction solution, comprising water, first component and second component - Google Patents

Coating hydrophilic solid with gold layer with extended surface, comprises immersing surface of solid in gold ions and hydroxylamine-containing reaction solution, comprising water, first component and second component Download PDF

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Abstract

Coating hydrophilic solid with a gold layer with extended surface, comprises immersing the surface of the solid in gold ions and hydroxylamine-containing reaction solution. The reaction solution comprises: (a) water; (b) first component comprising tetrachloride gold acid and/or salts of the acid; and (c) second component comprising hydroxylamine salts and/or their mixtures. An independent claim is also included for the hydrophilic solid, coated with the gold layer with extended surface.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung der Oberflächen von hydrophilen Festkörpern (Metalle, Halbleiter und Dielektrika), insbesondere Silizium, Glas, Indiumzinnoxid (ITO), Aluminium und Galliumnitrid, mit einer Goldschicht umfassend Strukturen mit einer stark ausgedehnten Oberfläche, nachfolgend «Nanoblüten» oder «Mikroblüten» genannt. Die Erfindung umfasst auch die Festkörper, die mit einer Goldschicht mit ausgedehnter Oberfläche beschichtet sind. The invention relates to a method for coating the surfaces of hydrophilic solids (metals, semiconductors and dielectrics), in particular silicon, glass, indium-tin oxide (ITO), aluminum and gallium nitride, with a gold layer comprising structures with a greatly extended surface, hereinafter Nano-flowers »or« micro-flowers »called. The invention also encompasses the solids coated with a broad surface gold layer.

[0002] Die Beschreibungen der Goldstrukturen, deren gefaltete oder ausgefaserte Gestalt an Blüten (flower-like gold particles, gold nanoflowers, gold microflowers) erinnert, sind erst vor knapp ein paar Jahren in der wissenschaftlichen Literatur aufgetaucht. Die Prozesse, die Goldbeschichtung der Oberflächen zu erhalten ermöglichen, werden auf Elektroden geführt. Im Ergebnis einer Elektroabscheidung, die nach der Reduktion der Goldionen entstandenen Nanopartikel scheiden sich entweder unmittelbar auf der Elektrodenoberfläche in der Form von Nanoblüten ab [Hui-Hong Liu, Ying Liang, Hua-Jun Liu, Electrochimica Acta, 2009, 54, 75144; Yin Li, Gaoquan Shi, The Journal of Physical Chemistry B, 2005,109, 23787], oder als kugelförmige Partikel, die in Gegenwart der Reaktionsmischung sich in die Blüten umwandeln [Ashok Kumar Das, C. Retna Raj, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2010, 638,189]. Die meisten Veröffentlichungen betreffen die Synthese der goldenen Nano- oder Mikroblüten in Lösung. Die Quelle der Goldkationen ist dabei in der Regel die Tetrachloridogoldsäure (HAuCI4) oder deren Salze, für die Bildung der ausgefaserten, blütenartigen Strukturen sind andere, in der Reaktionsmischung in präzis angepassten Konzentrationen anwesende Reagenzien verantwortlich. Dies können u.a. augewählte Polymere sein, wie z.B. Polyanilin [P. R. Sajanlal, T. S. Sreeprasad, A. Sreekumaran Nair, T. Pradeep, Langmuir, 2008, 24, 4607] oder Chitosan [Wei Wang, Hua Cui, The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 10759; Wei Wang, Xuan Yang, Hua Cui, The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 16348], oder Bläschen bildende Surfaktanten, innerhalb deren die goldenen blütenartigen Strukturen gebildet werden [Ling Zhong, Xiaodong Zhai, Xuefeng Zhu, Pingping Yao, Minghua Liu, Langmuir, 2010, 26 (8), 5876; Haolong Li, Yang Yang, Yizhan Wang, Wen Li, Lintia Bi, Lixin Wu, Chemical Communications, 2010, 46, 3750]. Um die Goldblüten zu erhalten, wird auch die Reaktion in Gegenwart von DNA geführt [Zidong Wang, Jieqian Zhang, Jonathan M. Ekman, Paul J. A. Kenis, Yi Lu, Nano Letters, 2010, 10, 1886] oder die Auswirkung der UV-Strahlung auf die HAuCl4, Silberionen und Polyvinylpyrrolidon enthaltende Mischung, und anschliessend Zentrifugieren in Einsatz gebracht, wodurch die entstandenen Nanopartikel die blütenartigen Aggregate bilden [Li Wang, Gang Wei, Cunlan Guo,- Lanlan Sun, Yujing Sun, Yonghai Song, Tao Yang, Zhuang Li, Colloids und Surfaces A: Physicochemical und Engineering Aspects, 2008, 312,148]. The descriptions of the gold structures, the folded or frayed shape reminiscent of flowers (flower -like gold particles, gold nanoflowers, gold microflowers), have appeared only a few years ago in the scientific literature. The processes that allow to obtain gold coating of the surfaces are guided on electrodes. As a result of electrodeposition, the nanoparticles formed after reduction of the gold ions precipitate either directly on the electrode surface in the form of nanosheets [Hui-Hong Liu, Ying Liang, Hua-Jun Liu, Electrochimica Acta, 2009, 54, 75144; Yin Li, Gaoquan Shi, The Journal of Physical Chemistry B, 2005, 109, 23787], or as spherical particles which convert to the flowers in the presence of the reaction mixture [Ashok Kumar Das, C. Retna Raj, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2010, 638, 189]. Most publications relate to the synthesis of golden nano- or microblooms in solution. The source of the gold cations is usually the tetrachloroauric acid (HAuCl 4) or its salts; other reagents present in the reaction mixture in precisely adjusted concentrations are responsible for the formation of the frayed, flower-like structures. These may include u.a. be selected polymers, e.g. Polyaniline [P. R. Sajanlal, T.S. Sreeprasad, A. Sreekumaran Nair, T. Pradeep, Langmuir, 2008, 24, 4607] or Chitosan [Wei Wang, Hua Cui, The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 10759; Wei Wang, Xuan Yang, Hua Cui, The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 16348], or blistering surfactants within which the golden flower-like structures are formed [Ling Zhong, Xiaodong Zhai, Xuefeng Zhu, Pingping Yao, Minghua Liu, Langmuir, 2010, 26 (8), 5876; Haolong Li, Yang Yang, Yizhan Wang, Wen Li, Lintia Bi, Lixin Wu, Chemical Communications, 2010, 46, 3750]. The reaction is also carried out in the presence of DNA to obtain the gold blossoms [Zidong Wang, Jieqian Zhang, Jonathan M. Ekman, Paul JA Kenis, Yi Lu, Nano Letters, 2010, 10, 1886] or the effect of UV radiation to the HAuCl4 containing silver ions and polyvinylpyrrolidone-containing mixture, followed by centrifugation, whereby the resulting nanoparticles form the flower-like aggregates [Li Wang, Gang Wei, Cunlan Guo, - Lanlan Sun, Yujing Sun, Yonghai Song, Tao Yang, Zhuang Li , Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2008, 312,148].

[0003] Die vorgestellten Verfahren zur Synthese der goldenen Nano- und Mikroblüten stellen in den meisten Fällen mehrstufige Prozesse dar, die vorherige Synthese der Goldnanopartikel und Verwendung zahlreicher Reagenzien benötigen. Darüber hinaus sind es Verfahren, die Herstellung gefalteter Goldpartikel in Lösung ermöglichen, bei der Beschichtung der Oberflächen mit diesen Verfahren war dagegen die Anwendung der Elektroabscheidung notwendig. Diese Verfahren, bei denen - ähnlich wie bei der vorliegenden Erfindung, die Goldkationen mit Hydroxylamin reduziert werden, erfordern Verwendung von Prekursornanopartikeln sowie zusätzlichen Reagenzien; sie sind auch mehrstufige Prozesse. The presented methods for synthesizing the golden nano- and microblooms are in most cases multi-step processes that require prior synthesis of the gold nanoparticles and use of numerous reagents. In addition, there are methods that allow production of folded gold particles in solution, in the coating of the surfaces with these methods, however, the application of electrodeposition was necessary. These methods, in which - similar to the present invention, the gold cations are reduced with hydroxylamine, require the use of precursor nanoparticles as well as additional reagents; they are also multi-level processes.

[0004] Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Strukturen können als sogenannte Substrate für die Messungen der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (Eng. Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) verwendet werden. Dies ist eine spektroskopische Technik, der die Messung der Lichtintensität aus dem ultravioletten, sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich zugrunde liegt, wobei das Licht unelastisch auf den auf der Oberfläche einiger Metalle (z.B. Ag, Au oder Cu) mit Nanometer-Oberflächenrauheiten (10-100nm) adsorbierten Molekülen gestreut wird [K. Kneipp, H. Kneipp, I. Itzkan, R. R. Dasari, M. S. Feld, Phys. Rev. Lett., 78 (1997) 1667; S. Nie, S. R. Emory, Science, 275 (1997) 1102]. SERS ist eine der sich im letzten Jahrzehnt am stärksten entwickelnden spektroskopischen Techniken, da sie die Verstärkung des effektiven Raman-Wirkungsquerschnittes der auf der Metalloberfläche adsorbierten Moleküle um einige Grössenordnungen (10<2>-10<6>, und für gewisse Systeme sogar 10<8>-10<15>[K. Kneipp, H. Kneipp, I. Itzkan, R. R. Dasari, M. S. Feld, Phys. Rev. Lett, 78 (1997) 1667; S. Nie, S. R. Emory, Science, 275 (1997) 1102]) im Vergleich zu dem effektiven Raman-Wirkungsquerschnitt der nicht-adsorbierten Moleküle ermöglicht [M. Herne, A. M. Ahern, R. L. Garreil, J. Am. Chem. Soc, 113 (1991) 846; J. Thornton, R. K. Force, Appl. Spectrosc, 45 (1991) 1522]. The structures obtained by the method according to the invention can be used as so-called substrates for the measurements of surface-enhanced Raman scattering (Eng., Surface Enhanced Raman Scattering, SERS). This is a spectroscopic technique that is based on the measurement of light intensity from the ultraviolet, visible and near infrared spectral regions, where the light is inelastic to those on the surface of some metals (eg Ag, Au or Cu) with nanometer surface roughnesses (10-100nm ) is adsorbed on adsorbed molecules [K. Kneipp, H. Kneipp, I. Itzkan, R.R. Dasari, M.S. Feld, Phys. Rev. Lett., 78 (1997) 1667; S.Nie, S.R. Emory, Science, 275 (1997) 1102]. SERS is one of the fastest developing spectroscopic techniques in the last decade, as it increases the effective Raman cross-section of the molecules adsorbed on the metal surface by a few orders of magnitude (10 <2> -10 <6>, and even 10 <for some systems 8> -10 <15> [K. Kneipp, H. Kneipp, I. Itzkan, RR Dasari, MS Feld, Phys., Rev. Lett, 78 (1997) 1667; S. Nie, SR Emory, Science, 275 (1997 ) 1102]) compared to the effective Raman cross-section of the non-adsorbed molecules [M. Herne, A.M. Ahern, R.L. Garreil, J. Am. Chem. Soc., 113 (1991) 846; J. Thornton, R.K. Force, Appl. Spectrosc. 45 (1991) 1522].

[0005] Die Verstärkung des SERS-Signals hängt von einer Reihe der Faktoren ab, darunter auch von dem effektiven Raman-Wirkungsquerschnitt, der Frequenz der Anregungsstrahlung, der chemischen Herkunft des Moleküls, vor allem aber von der Art des Metallsubstrates, auf dem das Molekül adsorbiert ist, und von seinem Rauheitsgrad. Diese Rauheiten, oder anders gesagt Unebenheiten, sind für den elektromagnetischen Mechanismus der Verstärkung verantwortlich, der den dominierenden Verstärkungsmechanismus der SERS darstellt [P. Kambhampati, C. M. Child, M. C. Foster, A. Campion, J. Chem. Phys., 108 (1998) 5013]. The amplification of the SERS signal depends on a number of the factors, including the effective Raman cross section, the frequency of the excitation radiation, the chemical origin of the molecule, but especially the nature of the metal substrate on which the molecule adsorbed, and its roughness degree. These roughnesses, or irregularities, are responsible for the electromagnetic mechanism of the amplification, which is the dominating amplification mechanism of the SERS [P. Kambhampati, C.M. Child, M.C. Foster, A. Campion, J. Chem. Phys., 108 (1998) 5013].

[0006] Die Aufnahme der SERS-Spektren in Gegenwart von Goldpartikeln mit entsprechend gefalteter Oberfläche ermöglicht gute Signalverstärkungsfaktoren zu erhalten. Für verschiedene, in der Literatur dargestellte blütenartige Goldpartikel, die sich in Abmessungen und Oberflächenmorphologie unterscheiden, wurde ihre Nutzbarkeit in der spektroskopischen Analyse bewiesen [Jianping Xie, Qingbo Zhang, Jim Yang Lee, Daniel I. C. Wang, ACS Nano, 2008, 2 (12), 2473; Bikash Kumar Jena, C. Retna Raj, Chemistry of Materials, 2008, 20, 3546; Ju-Hyun Kim, Taejoon Kang, Seung Min Yoo, Sang Yup Lee, Bongsoo Kim, Yang-Kyu Choi, Nanotechnology, 2009, 20, 235302]. Die goldenen Nanoblüten boten bessere Verstärkungsfaktoren für SERS an als die Nanoblätter und poröse, mit goldenen Nanofäden hergestellte Struktur [Tie Wang, Xiaoge Hu, Shaojun Dong, The Journal of Physical Chemistry B, 2006,110,16930]. The inclusion of the SERS spectra in the presence of gold particles with a correspondingly folded surface allows to obtain good signal amplification factors. For various petal-like gold particles reported in the literature, which differ in dimensions and surface morphology, their utility in spectroscopic analysis has been demonstrated [Jianping Xie, Qingbo Zhang, Jim Yang Lee, Daniel IC Wang, ACS Nano, 2008, 2 (12) , 2473; Bikash Kumar Jena, C. Retna Raj, Chemistry of Materials, 2008, 20, 3546; Ju-Hyun Kim, Taejoon Kang, Seung Min Yoo, Sang Yup Lee, Bongsoo Kim, Yang-Kyu Choi, Nanotechnology, 2009, 20, 235302]. The golden nanosheets offered better amplification factors for SERS than the nanosheets and porous structure made with golden nanofibres [Tie Wang, Xiaoge Hu, Shaojun Dong, The Journal of Physical Chemistry B, 2006, 110, 6930].

[0007] Trotz der Möglichkeit, verschiedenartige Substrate, auch Boden genannt, zu verwenden, ist die Erhaltung der Oberflächen, die eine starke Verstärkung und Reproduzierbarkeit des Spektrums an jedem Punkt der Oberfläche bieten, Immer noch problematisch. Das sind äusserst wichtige Merkmale der SERS-aktiven Oberflächen, insbesondere wenn es um die Anwendung dieser Technik in der biomedizinischen Forschung oder bei der Entwicklung von Biosensoren geht [Liu, G. L., Lu, Y., Kim, J., Doli, J. C, und Lee, L. P. Adv. Mater. 200517 2683; Domke, K. F., Zhang, D., und Pettinger, B. J. Am. Chem. Soc. 2007129 6708; Gunawidjaja, R., Peleshanko, S., Ko, H., und Tsukruk, V. V. Adv. Mater. 200820 1544]. Despite the possibility to use various substrates, also called soil, the preservation of the surfaces, which offer a strong amplification and reproducibility of the spectrum at every point of the surface, is still problematic. These are extremely important features of the SERS-active surfaces, especially when it comes to the application of this technique in biomedical research or in the development of biosensors [Liu, GL, Lu, Y., Kim, J., Doli, J.C. , and Lee, LP Adv. Mater. 200517 2683; Domke, K.F., Zhang, D., and Pettinger, B.J. Am. Chem. Soc. 2007129 6708; Gunavidjaja, R., Peleshanko, S., Ko, H., and Tsukruk, V.V. Adv. Mater. 200820 1544].

[0008] Trotz enorm hoher Anzahl der Literaturberichte und Patentanmeldungen gibt es heute kein Verfahren, das die Reproduzierbarkeit der SERS-Spektren bei gegebener Oberflächenmorphologie gewährleisten würde. Bekannt sind Oberflächen für SERS-Messungen auf Basis von Nanopartikeln, Nanodrahten, Nanoprismen. Nachstehend sind einige Beispiele wichtiger Anmeldungen aus diesem Gebiet vorgestellt: Despite the enormous number of literature reports and patent applications, there is currently no method that would ensure the reproducibility of the SERS spectra for a given surface morphology. Surfaces are known for SERS measurements based on nanoparticles, nanowires, nanoprisms. Below are some examples of important applications from this area:

[0009] Die US-Patentanmeldung Nr. US2008/0 096 005 A1 «Nanostructured Substrate for surface enhanced Raman scattering» betrifft die Oberfläche von Silizium, Aluminiumoxid oder Titaniumdioxid, die mit Gold- oder Silverpartikeln mit einer Grösse von 20 nm bis 140 nm beschichtet sind. Für eine der beispielhaften Oberflächen mit adsorbierten Bakterien E. coli wurde ein Verstärkungsfaktor 2 x 104 erreicht, der Aspekt der Reproduzierbarkeit der herzustellenden Oberflächen wurde dagegen nicht untersucht. US Patent Application No. US2008 / 0 096 005 A1 "Nanostructured Substrate for Surface Enhanced Raman Scattering" refers to the surface of silicon, alumina or titanium dioxide coated with gold or silver particles having a size of 20 nm to 140 nm are. For one of the exemplary surfaces with adsorbed bacteria E. coli, a gain of 2 × 10 4 was achieved, but the aspect of the reproducibility of the surfaces to be produced was not investigated.

[0010] Die US-Patentanmeldung Nr. US 2006/0 275 541 A1 «System und method for fabricating Substrate surfaces for SERS und apparatuses utilizing same» betrifft ein Substrat für Nachweis von Biomolekülen mit SERS-Technik, die auch kontrollierte und streng definierte Aufdampfung der goldenen oder silbernen Dünnschichten (mit PVC-Methode, Eng. Physical Vapour Deposition, d.h. physikalische Abscheidung aus der Gasphase) auf einer Oberfläche von Glas, flüssigen Kristallen oder Polymeren umfasst. Die Autoren geben den Verstärkungsfaktor der Grössenordnung 1010 für die Spore vom Typ Bacillus substilis an, die auf einer der beispielhaften Oberflächen adsorbiert wurde, der Aspekt der Reproduzierbarkeit des Spektrums für eine und für einige verschiedene Oberflächen wurde dagegen nicht diskutiert. US Patent Application No. US 2006/0275 541 A1 "System and method for fabricating substrate surfaces for SERS and apparatuses same same" relates to a substrate for detection of biomolecules with SERS technique, which also provides controlled and strictly defined vapor deposition the golden or silver thin layers (with PVC method, Eng. Physical Vapor Deposition, ie physical vapor deposition) on a surface of glass, liquid crystals or polymers. The authors indicate the 1010 magnification factor for the Bacillus subtilis spore adsorbed on one of the exemplary surfaces, but the spectral reproducibility for one and several different surfaces has not been discussed.

[0011] Das US-Patent Nr. US 7 583 379 B2 «Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) Systems und methods of use thereof» betrifft das SERS-Substrat für Nachweis von Viren, Bakterien und anderen Biosystemen, das die auf der Glas- oder Siliziumoberfläche angeordneten, mit oben erwähnten PVD-Methode hergestellten Silber-, Nickel- oder Siliziumnanodrähte umfasst. Die Erfinder analysieren vor allem die Abhängigkeit zwischen der Länge, dem Durchmesser und der Orientierung der Nanodrähte im Verhältnis zur Oberfläche und der Intensität der aufgezeichneten SERS-Spektren, ohne die Zahlenwerte des Verstärkungsfaktors zu nennen, gleichzeitig dagegen versichern, dass die Spektren für ein Substrat reproduzierbar sind. US Pat. No. 7,583,379 B2 "Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) Systems and methods of use thereof" relates to the SERS substrate for detection of viruses, bacteria and other biosystems, which is based on the glass or silicon surface arranged, produced by the above-mentioned PVD method silver, nickel or silicon nanowires. Above all, the inventors analyze the dependence between the length, the diameter and the orientation of the nanowires in relation to the surface and the intensity of the recorded SERS spectra, without mentioning the numerical values of the amplification factor, while at the same time assuring that the spectra for a substrate are reproducible are.

[0012] Die internationale unter der Nr. WO 2009/035 479 veröffentlichte Patentanmeldung «Highly efficient enhanced Raman und fluorescence nanostructure Substrate» betrifft ein SERS-Substrat auf der Basis, z.B. einer Siliziumoberfläche, beschichtet mit den Nanodrähten, die aus einem Kern, d.h. Ga2O3, ZnO, InSb oder SiC, von 20 nm bis 100 nm lang, Durchmesser 40 nm, hergestellt mit VLS-Methode (Eng. Vapour-Liquid-Solid mechanism of deposition), und einer von 3 nm bis 20 nm starken Silber- oder Goldbeschichtung bestehen. Die Erfinder zeigen, dass der Verstärkungsfaktor für Rhodamin 6G 35 mal höher als auf einem handelsüblichen SERS-Substrat von Mesophotonics ist. The international patent application "Highly efficient enhanced Raman and fluorescence nanostructure substrates" published under No. WO 2009/035479 relates to a SERS substrate based, e.g. a silicon surface coated with the nanowires formed from a core, i. Ga 2 O 3, ZnO, InSb or SiC, from 20 nm to 100 nm long, diameter 40 nm, prepared by VLS method (Eng. Vapor-Liquid-Solid Mechanism of deposition), and a 3 nm to 20 nm thick silver or Gold coating exist. The inventors show that the amplification factor for rhodamine 6G is 35 times higher than on a commercially available Mesophotonics SERS substrate.

[0013] Die internationale unter Nr. WO2008/39/4089 veröffentlichte Patentanmeldung «Active sensor surface und a method for manufacture thereof» betrifft ein SERS-Substrat, das aus Nanodrähten oder Nanoröhrchen von 0,1 µm bis 100 µm lang, Durchmesser von 5 nm bis 400 nm besteht und mit Silbernanopartikel mit einer Grösse von 0,5 nm bis 100 nm beschichtet ist. Die Erfinder weisen lediglich auf potentielle Anwendung des Substrats in SERS-Messungen hin, ohne konkrete Beispiele angegeben zu haben. International patent application WO2008 / 39/4089 published "Active sensor surface and a method for manufacture thereof" relates to a SERS substrate, the nanowires or nanotubes from 0.1 .mu.m to 100 .mu.m long, diameter of 5 nm to 400 nm and coated with silver nanoparticles having a size of 0.5 nm to 100 nm. The inventors merely point to potential application of the substrate in SERS measurements, without having given specific examples.

[0014] Das im vorliegenden Patent beschriebene Verfahren ermöglicht eine schnelle, billige und äusserst einfache Beschichtung der Festkörperoberflächen mit goldenen Mikroblüten oder mit goldenen Mikroblüten und goldenen Nanopartikeln, wie auch die Kontrolle der Beschichtungsdichte und Morphologie der goldenen Nanopartikeln. Die Erfindung erlaubt für die Herstellung sowohl der Mono- wie auch der Multischichten der goldenen Mikroblüten. Das Verfahren benötigt nicht, komplexe Reagenzien, organische Lösungsmittel oder Schwermetalle sowie Spezialausrüstung zu verwenden. Auch keine Goldprekursornanopartikel sind benötigt um goldene Mikroblüten herzustellen (es ist sog. seedless method). Darüber hinaus ist die Methode einstufig (vom Typ one-pot). The method described in the present patent allows a fast, cheap and extremely simple coating of the solid surfaces with golden micro-flowers or golden micro-flowers and golden nanoparticles, as well as the control of the coating density and morphology of the golden nanoparticles. The invention allows for the production of both the mono- and the multilayers of the golden micro-flowers. The process does not require the use of complex reagents, organic solvents or heavy metals, and specialty equipment. Also no Goldprekursornanopartikel are required to produce golden microbloods (it is called seedless method). In addition, the method is one-level (one-pot type).

[0015] Es gibt patentierte Verfahren zur Herstellung von goldenen Oberflächen, die Tetrachloridogoldsäure und Hydroxylamin als Reagenzien verwenden. There are patented methods of producing gold surfaces using tetrachloroauric acid and hydroxylamine as reagents.

[0016] In der Erfindungsanmeldung Nr. EP 0 426 300 A1 «Method of producing a reagent containing a narrow distribution of colloidal particles of a selected size und the use thereof» wurde ein Verfahren zur Herstellung grosser Goldnanopartikel dargestellt. Die erste Stufe in diesem Verfahren ist die Vorbereitung einer Wachstumslösung, die Goldchlorid und Hydroxylamin beinhaltet. In dieser Mischung wird keine Reaktion beobachtet. Erst die zweite Stufe - Zugabe kleiner Goldnanopartikel - veranlasst die Goldabscheidung auf ihrer Oberfläche und hat Zunahme an deren Volumen zur Folge. In the application for application no. EP 0 426 300 A1 "Method of producing a reagent containing a narrow distribution of colloidal particles of a selected size and the use thereof" a process for the preparation of large gold nanoparticles has been presented. The first step in this process is to prepare a growth solution that includes gold chloride and hydroxylamine. No reaction is observed in this mixture. Only the second stage - addition of small gold nanoparticles - causes the gold deposition on their surface and results in an increase in their volume.

[0017] Das US-Patent Nr. US 4 005 229 «Novel method for the rapid deposition of gold films onto non-metalic Substrates at ambient temperatures» betrifft die Beschichtung der nichtmetallischen Oberflächen» mit Gold. Die Beschichtung erfolgt durch den Kontakt der Oberfläche mit einer wässrigen Lösung der Goldsalze, des Komplexierungsmittels (Surfaktant) sowie Hydrazin oder Hydroxylamin, die als Reduktionsmittel verwendet werden. In einer verbesserten Variante werden im Prozess auch Ionen bivalenter Schwermetalle: Quecksilber, Cadmium oder Blei, oder auch ihre Mischungen, verwendet. The US Patent No. US 4,005,229 "Novel method for the rapid deposition of gold on a non-metallic substrates substrates at ambient temperatures" refers to the coating of non-metallic surfaces »with gold. The coating is carried out by the contact of the surface with an aqueous solution of the gold salts, the complexing agent (surfactant) and hydrazine or hydroxylamine, which are used as a reducing agent. In an improved variant, ions of bivalent heavy metals: mercury, cadmium or lead, or else their mixtures, are also used in the process.

[0018] Das US-Patent Nr. US 06 183 545 «Aqueous Solutions for obtaining metals by reductive deposition» betrifft die Herstellung metallischer Beschichtungen in Gegenwart von Dialkylhydroxyl- oder Dialkylaminophosphin. Das Verfahren betrifft verschiedene Metalle, davon auch Gold und setzt, dass die Reaktionsmischung eines der ca. zwanzig Reduktionsmittel oder deren Salze, davon Hydroxylamin, enthält, voraus. US Pat. No. 6,183,545 "Aqueous Solutions for Production Metals by Reductive Deposition" relates to the preparation of metallic coatings in the presence of dialkylhydroxyl or dialkylaminophosphine. The process involves various metals, including gold, and requires the reaction mixture to contain one of about twenty reducing agents or their salts, including hydroxylamine.

[0019] Im US-Patent Nr. US 6 383 269 B1 «Electroless gold plating Solution and process» wurde ein Verfahren zur Herstellung Goldbeschichtungen auf den Nickel enthaltenden Substraten dargestellt. Gemäss der Erfindung wird die zu beschichtende Oberfläche mit einer Mischung in Kontakt gesetzt, wobei die Mischung wasserlösliche Goldverbindungen, Elektrolyt in der Form vom organischen Salz sowie ein Reduktionsmittel enthält, das u.a. Hydroxylamin oder dessen Salz sein kann. Der Prozess benötigt die Erwärmung der Mischung mindestens bis 60 °C, wobei der Temperaturbereich 85-91 °C am vorteilhaftesten ist. Die Erfindung sieht keine Möglichkeit vor, goldene Beschichtungen auf Substraten, die kein Nickel beinhalten, herzustellen. US Pat. No. 6,383,269 B1 "Electroless Gold Plating Solution and Process" has disclosed a process for producing gold coatings on the nickel-containing substrates. According to the invention, the surface to be coated is contacted with a mixture, the mixture containing water-soluble gold compounds, electrolyte in the form of the organic salt, and a reducing agent, i.a. Hydroxylamine or its salt may be. The process requires the heating of the mixture at least up to 60 ° C, the temperature range 85-91 ° C is most advantageous. The invention does not provide a way to produce gold coatings on substrates that do not contain nickel.

[0020] Die Autoren der Erfindungsanmeldung US 2003/3 066 756 A1 «Plating bath and method for depositing a metal layer on a Substrate» stellen ein elektroiytisches Verfahren zur Beschichtung der Substrate mit Gold vor. Die für Plattierbad (plating bath) verwendete Lösung enthält wässrige Lösung von Hydroxylamin oder dessen Derivaten, und beschichtet werden die Metalloberflächen. The authors of the invention application US 2003/3 066 756 A1 "Plating bath and method for depositing a metal layer on a substrate" present an electro-lytic process for coating the substrates with gold. The solution used for plating bath contains aqueous solution of hydroxylamine or its derivatives, and the metal surfaces are coated.

[0021] Das Plattierbad mit ähnlicher Zusammensetzung ist in der Erfindungsanmeldung US 23150 353 A1 «Electroless gold plating Solution» vorgestellt. Dieses Verfahren verwendet keine Elektrodenprozesse - die Beschichtung mit Gold wird durch den Kontakt des Substrates mit der Reaktionsmischung durchgeführt und führt zur Abscheidung mindestens 15 u.g Gold per cm2 der Oberfläche. Die Zielsetzung des in dieser Anmeldung offenbarten Verfahrens ist es, eine homogene Goldbeschichtung, mit einer möglichst niedrigen Porosität herzustellen. Neben der Quelle von Goldionen und Hydroxylamin, enthält die Reaktionsmischung Komplexierungs-, Stabilisierungsreagenzien, pH-Puffer und andere. Die Erfinder der in dieser Anmeldung beschriebenen Erfindung stellen ohne Zweifel {Paragraph [0029]) fest, dass die Anwesenheit der oben erwähnten Reagenzien in der Lösung die notwendige Bedingung für die Verwirklichung der Erfindung und die Realisierung der oben erwähnten Zielsetzung darstellt. Darüber hinaus, gemäss der Offenbarung in der Anmeldung, ist die Anwendung des Verfahrens ausschliesslich auf die Beschichtung der metallischen Oberflächen beschränkt. The plating bath of similar composition is presented in the invention application US 23150 353 A1 "Electroless gold plating Solution". This process does not use electrode processes - the gold coating is made by the contact of the substrate with the reaction mixture and results in the deposition of at least 15 ug of gold per cm 2 of the surface. The objective of the process disclosed in this application is to produce a homogeneous gold coating with the lowest possible porosity. In addition to the source of gold ions and hydroxylamine, the reaction mixture contains complexing, stabilizing reagents, pH buffers and others. The inventors of the invention described in this application unquestionably state {paragraph [0029]) that the presence of the above-mentioned reagents in the solution is the necessary condition for realizing the invention and realizing the above-mentioned object. Moreover, according to the disclosure in the application, the application of the method is limited exclusively to the coating of the metallic surfaces.

[0022] Das in der vorliegenden Anmeldung dargestellte Verfahren besteht darin, dass ein Festkörper, z.B. eine Siliziumplatte, in einer wässrigen Lösung, die die Quelle der Au(lll) Kationen, z.B. Tetrachloridogoldsäure HAuCI4, sowie deren Reduktionsmittel - Hydroxylamin, z.B. in der Form von Hydrochlorid, enthält, eingetaucht wird. Anschliessend wird die Platte im Wasser und wahlweise im organischen Lösungsmittel gespült, und zum Trocknen gelassen. The method presented in the present application is that a solid, e.g. a silicon plate, in an aqueous solution containing the source of Au (III) cations, e.g. Tetrachloroauric acid HAuCl 4, as well as its reducing agent - hydroxylamine, e.g. in the form of hydrochloride, is immersed. Subsequently, the plate is rinsed in water and optionally in organic solvent and allowed to dry.

[0023] Es ist zu betonen, dass keine der oben vorgestellten Erfindungen voraussetzt, dass ausschliesslich zwei Reagenzien - Tetrachloridogoldsäure und Hydroxylaminhydrochlorid zur nicht elektrolytischen Beschichtung der Oberfläche mit Goldpartikeln verwendet werden. Ausserdem, werden in den erwähnten Verfahren goldene Mikroblüten, die sich durch eine äusserst ausgedehnte Oberfläche bei einem verhältnismässig kleinem Volumen auszeichnen, nicht hergestellt. It should be emphasized that none of the inventions presented above requires that only two reagents - tetrachloroauric acid and hydroxylamine hydrochloride be used for non-electrolytic coating of the surface with gold particles. Moreover, in the mentioned methods, golden micro-flowers, which are characterized by an extremely extensive surface with a comparatively small volume, are not produced.

[0024] Gemäss der Erfindung, das Verfahren zur Beschichtung hydrophiler Festkörper mit einer Goldschicht mit ausgedehnter Oberfläche, umfassend das Eintauchen der Oberfläche des Festkörpers in einer Goldionen und Hydroxylamin enthaltenden Reaktionslösung, ist dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Reaktionslösung ausfolgenden Bestandteilen besteht: Wasser, erster Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tetrachloridogoldsäure HAuCI4, Salze dieser Säure und deren Mischungen, zweiter Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Hydroxylamin, dessen Salze und deren Mischungen.According to the invention, the process for coating hydrophilic solids with a gold layer having an extended surface, comprising immersing the surface of the solid in a reaction solution containing gold ions and hydroxylamine, is characterized in that said reaction solution consists of the following components: Water, first constituent selected from the group consisting of tetrachloroauric acid HAuCl4, salts of this acid and mixtures thereof, second component selected from the group comprising hydroxylamine, its salts and mixtures thereof.

[0025] Vorzugsweise, der zweite Bestandteil ist Hydroxylaminhydrochlorid NH2OH x HCl. Preferably, the second ingredient is hydroxylamine hydrochloride NH 2 OH x HCl.

[0026] Vorzugsweise, der Festkörper ist ein dielektrischer Festkörper, Halbleiter oder metallischer Festkörper. Preferably, the solid is a dielectric solid, semiconductor or metallic solid.

[0027] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt molares Verhältnis des ersten Bestandteiles zu dem zweiten Bestandteil in der Reaktionslösung von 1:8 bis 7:8, weiter bevorzugt von 1:8 bis 3:8. Um goldene Mikroblüten mit stark ausgedehnter Oberfläche herzustellen, verwendet man grosse Reduktionsmittelüberschüsse (molares Verhältnis des ersten Bestandteiles zu dem zweiten Bestandteil ist zwischen 1:8 und 3:8 enthalten). Kleinere Reduktionsmittelüberschüsse erlauben weniger gefaltete Strukturen herzustellen. In a preferred embodiment, the molar ratio of the first constituent to the second constituent in the reaction solution is from 1: 8 to 7: 8, more preferably from 1: 8 to 3: 8. To produce golden microblocs with a very extensive surface area, large reductant excesses are used (molar ratio of the first component to the second component is between 1: 8 and 3: 8). Smaller reductant surpluses allow less folded structures to be made.

[0028] Gemäss der Erfindung, ist die Konzentration des zweiten Bestandteiles vorzugsweise nicht weniger als 0,2 mM, weiter bevorzugt nicht weniger als 0,5 mM, noch weiter bevorzugt nicht weniger als 25 mM. Um goldene Mikroblüten mit Durchmesser über 1 um herzustellen, es ist bevorzugt, die Konzentrationen des zweiten Bestandteiles grösser als 0,5 mM zu verwenden. Die goldenen Mikroblüten sind grösser für höhere Konzentrationen der Reagenzien. According to the invention, the concentration of the second component is preferably not less than 0.2 mM, more preferably not less than 0.5 mM, still more preferably not less than 25 mM. To prepare gold microbubbles of diameter greater than 1 μm, it is preferred to use the concentrations of the second component greater than 0.5 mM. The golden microblooms are larger for higher concentrations of the reagents.

[0029] Vorzugsweise, wird die Lösung des ersten Bestandteiles tropfenweise in die Lösung des zweiten Bestandteiles zugesetzt, vorzugsweise unter ständigem Rühren, wodurch die Reaktionslösung hergestellt wird, wonach die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die so hergestellte Reaktionslösung eingebracht wird. Preferably, the solution of the first ingredient is added dropwise into the solution of the second ingredient, preferably with constant stirring, whereby the reaction solution is prepared, after which the surface of the solid to be coated is introduced into the reaction solution thus prepared.

[0030] Bei Konzentrationen des zweiten Bestandteiles über 0,5 mM ist es vorteilhaft, die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in der Reaktionslösung waagerecht zu positionieren. At concentrations of the second component above 0.5 mM, it is advantageous to position the surface of the solid to be coated in the reaction solution horizontally.

[0031] In einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung für einen Zeitraum, der nicht länger als 10 Minuten ist, eingebracht. Dies erlaubt die Blüten herzustellen, die aus dünnen goldenen Blättern bestehen («Flocken» mit scharfen Rändern anstatt runden). In one of the preferred embodiments, the surface of the solid to be coated is introduced into the reaction solution for a period not exceeding 10 minutes. This allows the flowers to be made of thin golden leaves ("flakes" with sharp edges instead of rounds).

[0032] In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung für einen Zeitraum, der länger als 30 Minuten ist, eingebracht. Dies erlaubt Blüten herzustellen, die aus goldenen Kügelchen, Stöckchen und Platten mit runden Randen bestehen. In another preferred embodiment, the surface of the solid to be coated is introduced into the reaction solution for a period of time longer than 30 minutes. This allows to produce flowers that consist of golden beads, sticks and plates with round edges.

[0033] In einem noch anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung für einen Zeitraum, der länger als 1 Stunde ist, weiter bevorzugt der länger als 24 Stunden ist, eingebracht. Dies erlaubt dauerhafte goldene Beschichtungen herzustellen. In yet another preferred embodiment, the surface of the solid to be coated is introduced into the reaction solution for a period longer than 1 hour, more preferably longer than 24 hours. This allows permanent golden coatings to be produced.

[0034] In einem noch anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel, um ein poröses, goldenes, aus vielen Schichten der goldenen Blüten bestehendes Material herzustellen, ist die Konzentration des zweiten Bestandteiles in der Reaktionslösung nicht weniger als 25 mM und über der Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers wird eine Säule der Reaktionslösung von der Höhe nicht weniger als 1 cm gewährleistet. In still another preferred embodiment, to produce a porous golden material consisting of many layers of golden flowers, the concentration of the second component in the reaction solution is not less than 25 mM, and above the surface of the solid to be coated becomes Column of the reaction solution of the height not less than 1 cm guaranteed.

[0035] Vorzugsweise, wird die Eintauchstufe der Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung wiederholt. Preferably, the immersion step of the surface of the solid to be coated is repeated in the reaction solution.

[0036] Vorzugsweise, ist die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers nicht poliert. Beispielweise, stellt die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers mechanisch angerautes Silizium oder Mattglas dar. Die Verwendung von nicht polierten Oberflächen ist vorteilhaft, um die Zwischenräume zwischen den goldenen Mikroblüten mit Goldnanopartikeln zu füllen. Anrauen der Oberfläche ist auch notwendig, um die mechanische Dauerhaftigkeit der goldenen Beschichtungen, die dicker als eine Mikroblüten-Monoschicht sind, aufrechtzuerhalten. Preferably, the surface of the solid to be coated is not polished. For example, the surface of the solid to be coated is mechanically roughened silicon or frosted glass. The use of non-polished surfaces is advantageous for filling the interstices between the gold microbubbles with gold nanoparticles. Surface roughening is also necessary to maintain the mechanical durability of the gold coatings, which are thicker than a microbubble monolayer.

[0037] Die Erfindung umfasst auch einen mit einer Goldschicht mit ausgedehnter Oberfläche mit dem oben beschriebenen Verfahren beschichteten Festkörper. The invention also includes a solid coated with a gold layer having an extended surface area by the method described above.

[0038] Sollte dieser als ein Substrat bei Messungen der oberflächenverstärkten Raman-Streuung, SERS, angewandt werden, dann ermöglicht er vorzugsweise einen Verstärkungsfaktor, EF, von nicht weniger als 10<7>, weiter bevorzugt nicht weniger als 10<8>, zu erreichen. Should this be applied as a substrate in surface enhanced Raman scattering measurements, SERS, it preferably allows for a gain factor, EF, of not less than 10 <7>, more preferably not less than 10 <8> to reach.

[0039] In dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Reaktion vorzugsweise bei Raumtemperatur geführt. In the process according to the invention, the reaction is preferably conducted at room temperature.

[0040] Die Erfindung wird nachstehend an Hand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Bezug auf beigelegte Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine REM-Aufnahme einer einzelnen goldenen Nanoblüte, die auf einer Siliziumoberfläche gemäss Beispiel 1 hergestellt wurde; <tb>Fig. 2<sep>eine REM-Aufnahme goldener Nanoblüten, die auf einer angerauten Siliziumoberfläche gemäss Beispiel 2 hergestellt wurden; <tb>Fig. 3<sep>eine REM-Aufnahme einer einzelnen goldenen, aus dünnen Blättern (Flocken) bestehenden Nanoblüte, die auf einer Siliziumoberfläche gemäss Beispiel 3 hergestellt wurde; <tb>Fig. 4<sep>eine REM-Aufnahme einer Siliziumoberfläche, beschichtet mit einer Monoschicht goldener Mikroblüten und Goldnanopartikel gemäss Beispiel 4; <tb>Fig. 5<sep>eine REM-Aufnahme einer porösen Goldbeschichtung einer Siliziumoberfläche, bestehend aus vielen Schichten der Goldmikroblüten, die gemäss Beispiel 5 hergestellt wurde; <tb>Fig. 6<sep>eine REM-Aufnahme einer mit Mikroblüten beschichteten ITO-Oberfläche, die gemäss Beispiel 6 hergestellt wurde; <tb>Fig. 7<sep>eine REM-Aufnahme einer mit Mikroblüten beschichteten Glasoberfläche, die gemäss Beispiel 6 hergestellt wurde; <tb>Fig. 8<sep>eine REM-Aufnahme einer mit Mikroblüten beschichteten GaN-Halbleiter-Oberfläche, die gemäss Beispiel 6 hergestellt wurde; <tb>Fig. 9<sep>eine REM-Aufnahme einer mit Mikroblüten beschichteten Oberfläche der Aluminiumfolie, die gemäss Beispiel 6 hergestellt wurde; <tb>Fig. 10<sep>Aufnahmen der Gefässe mit Reaktionsmischung und Aufnahmen der mit einer Mikroblütenschicht beschichteten Platten. A - Mischung 15 Minuten nach Einlegen der Platte; B - dieselbe Mischung nach -einer Stunde; C - Beispiele verschiedener mit Nano- und Mikroblüten mit erfindungsgemässem Verfahren beschichteter Substrate: 1 - Silizium vor der Beschichtung, 2 - Platte vom Typ 1 (auf Silizium), 3 - Platte vom Typ II (auf Silizium), 4 - Platte vom Typ 1 (auf Mattglas), 5 - Platte vom Typ II (auf Mattglas); die letzte Aufnahme zeigt eine Siliziumplatte (Platte Nr. C2), belichtet mit sichtbarem Licht. Wie man sieht, ist die Platte mit einer dichten Schicht von metallischem Gold bedeckt; <tb>Fig. 11<sep>ein für die Aufnahme von SERS-Spektren verwendetes Raman-Mikroskop (A) und sein Schema (B);SERS-Spektren der aus einer 10<-><6> <tb>Fig. 12<sep> M Lösung adsorbierten p-Merkaptobenzoesäure, auf einer erfindungsgemässen Oberfläche für SERS-Messungen, aufgezeichnet an verschiedenen Punkten der Oberfläche (B, C, D, E) sowie SERS-Spektren des Substrats selbst (A). Bei Aufzeichnung der Spektren wurde gemäss Beispiel 9 verfahren;entsprechend, SERS-Spektren der aus einer 10<-><6> <tb>Fig. 13<sep>M Lösung adsorbierten p-Merkaptobenzoesäure, auf zwei verschiedenen erfindungsgemässen Oberflächen für SERS-Messungen (A und B), aufgenommen an verschiedenen Punkten auf jeder Oberfläche. Bei Aufnahme der Spektren wurde gemäss Beispiel 9 verfahren;SERS-Spektren der aus 10<-><3> M, 10<-><6>M, 10<-><9> <tb>Fig. 14<sep> M wässrigen Lösungen adsorbierten Moleküle von L-Alanin auf erfindungsgemässen Oberflächen für SERS-Messungen (A, B und C). Bei Aufnahme der Spektren wurde gemäss Beispiel 11 verfahren, undein SERS-Spektrum von dem aus einer 10<11> <tb>Fig. 15<sep>/ml Pufferlösung adsorbierten QB1-Bakteriophage auf einer erfindungsgemässen Oberfläche für SERS-Messungen. Bei Aufnahme der Spektren wurde gemäss Beispiel 12 verfahren.Materialien und Reagenzien The invention will be explained in more detail below with reference to the preferred embodiments with reference to accompanying drawings. Show it: <Tb> FIG. FIG. 1 shows an SEM image of a single golden nanobeam produced on a silicon surface according to Example 1; FIG. <Tb> FIG. FIG. 2 shows an SEM micrograph of golden nanoblues prepared on a roughened silicon surface according to Example 2; FIG. <Tb> FIG. 3 <SEM> an SEM image of a single golden nanoflower made of thin sheets (flakes) produced on a silicon surface according to Example 3; <Tb> FIG. FIG. 4 shows an SEM image of a silicon surface coated with a monolayer of golden microblooms and gold nanoparticles according to Example 4; FIG. <Tb> FIG. Fig. 5 is a SEM photograph of a porous gold surface coating of a silicon surface consisting of many layers of the gold microbloods prepared according to Example 5; <Tb> FIG. Fig. 6 is a SEM photograph of a microbloom-coated ITO surface prepared according to Example 6; <Tb> FIG. Fig. 7 is a SEM photograph of a microbubble-coated glass surface prepared according to Example 6; <Tb> FIG. Fig. 8 is a SEM photograph of a microblood-coated GaN semiconductor surface prepared according to Example 6; <Tb> FIG. Fig. 9 is a SEM photograph of a microbubble coated surface of the aluminum foil made according to Example 6; <Tb> FIG. 10 <sep> Photographs of the vessels with reaction mixture and recordings of the microblotted layer coated plates. A - Mixture 15 minutes after inserting the plate; B - same mixture after one hour; C - Examples of various substrates coated with nano- and microblooms using the method according to the invention: 1-silicon before the coating, 2-type 1 plate (on silicon), 3-type II plate (on silicon), 4-type 1 plate (on frosted glass), 5 - Type II plate (on frosted glass); the last image shows a silicon plate (plate # C2) exposed to visible light. As you can see, the plate is covered with a dense layer of metallic gold; <Tb> FIG. Figure 11 shows a Raman microscope (A) used for SERS spectroscopy and its scheme (B); SERS spectra taken from a 10 <-> <6> <Tb> FIG. 12 <M> Solution adsorbed p-Merkaptobenzoesäure, on a surface according to the invention for SERS measurements recorded at various points on the surface (B, C, D, E) and SERS spectra of the substrate itself (A). When recording the spectra, the procedure was as in Example 9, corresponding to, SERS spectra of a 10 <-> <6> <Tb> FIG. 13 <M> Solution adsorbed p-mercaptobenzoic acid on two different surfaces according to the invention for SERS measurements (A and B) taken at different points on each surface. When the spectra were recorded, the procedure was as described in Example 9, SERS spectra being 10 <-> <3> M, 10 <-> <6> M, 10 <-> <9> <Tb> FIG. 14 aqueous solutions adsorbed molecules of L-alanine on surfaces according to the invention for SERS measurements (A, B and C). When the spectra were recorded, the procedure was as in Example 11, and a SERS spectrum from that of a 10 <11> <Tb> FIG. 15 <sep> / ml buffer solution adsorbed QB1 bacteriophage on a surface according to the invention for SERS measurements. When the spectra were recorded, the procedure was as in Example 12. Materials and Reagents

[0041] Tetrachloridogoldsäure und Hydroxylaminhydrochlorid wurden bei Sigma-Aldrich erworben. Konzentrierte Schwefelsäure und 30%-Wasserstoffperoxid wurde bei Chempur gekauft. Es wurden Mattglas und gläserne Objektträger von Roth, polierte Siliziumplatten (Eng. wafers) von Cemat Silicon sowie Indiumzinnoxidplatten (ITO) verwendet. Die mit Galliumnitrid beschichteten Saphiroberflächen wurden bei TopGaN erworben. Die Aluminiumoberfläche wurde durch die Beschichtung einer Glasplatte mit handelsüblicher Aluminiumfolie hergestellt. Tetrachloroauric acid and hydroxylamine hydrochloride were purchased from Sigma-Aldrich. Concentrated sulfuric acid and 30% hydrogen peroxide were purchased from Chempur. Roth's matte glass and glass slides, Cemat Silicon's polished wafers and indium tin oxide (ITO) plates were used. The gallium nitride coated sapphire surfaces were purchased from TopGaN. The aluminum surface was prepared by coating a glass plate with commercial aluminum foil.

[0042] Als Lösungsmittel für Reaktionen oder Waschen von Substraten wurde destilliertes Wasser (15 MQ) sowie analysenreines Azeton und analysenreines Methylalkohol von Chempur verwendet. As solvent for reactions or washing of substrates, distilled water (15 MQ) and analytically pure acetone and analytically pure methyl alcohol from Chempur were used.

[0043] Die Glas- oder Siliziumoberflächen wurden durch Schneiden des Materials in kleinere Platten und deren mehrstufige Reinigung zur Beschichtung mit goldenen Mikroblüten vorbereitet. Die erste Stufe war Waschen im Wasser (die Platten wurden in einen Becher mit destillierten Wasser eingebracht und zehn Minuten lang in einem Ultraschallbad gewaschen), und anschliessend im Azeton (in gleichem Verfahren wie beim Waschen im Wasser). Nach Trocknung wurden die Oberflächen in sog. Piranha-Lösung (eine Mischung von 30%-igen Wasserstoffperoxid und konzentrierter Schwefelsäure im Volumenverhältnis 1:4) für 15 Stunden belassen. Nachdem die Platten aus der Piranha-Lösung herausgenommen worden waren, wurden sie dreimal mit Wasser gewaschen, anschliessend mit Methanol gespült und zum Trocknen gelassen. The glass or silicon surfaces were prepared by cutting the material into smaller plates and their multi-stage cleaning for coating with golden microbloods. The first step was washing in water (the plates were placed in a beaker of distilled water and washed in an ultrasonic bath for ten minutes) and then in acetone (same procedure as washing in water). After drying, the surfaces were left in so-called piranha solution (a mixture of 30% hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid in the volume ratio 1: 4) for 15 hours. After the plates were removed from the piranha solution, they were washed three times with water, then rinsed with methanol and allowed to dry.

[0044] Die ITO-Oberflächen oder die mit Galliumnitrid beschichteten Saphiroberflächen wurden durch Waschen im Wasser und Azeton und anschliessendes Trocknen vorbereitet. The ITO surfaces or the gallium nitride coated sapphire surfaces were prepared by washing in water and acetone and then drying.

[0045] Falls im Experiment eine raue Oberfläche aus Silizium, Glas oder 1TO verwendet war, dann wurde diese mit einem Schleifpapier P600 angeraut, anschliessend in Teile geschnitten und nach dem oben dargestellten Verfahren gewaschen. If a rough surface of silicon, glass or 1TO was used in the experiment, then this was roughened with a sandpaper P600, then cut into pieces and washed by the method described above.

[0046] Die hergestellten Oberflächen wurden mit der Rasterelektronenmikroskopie (field emission Scanning electron microscopy, FE-SEM) mittels Auriga-Mikroskops von Carl Zeiss charakterisiert. The surfaces produced were characterized by scanning electron microscopy (field emission scanning electron microscopy, FE-SEM) using a Carl Zeiss Auriga microscope.

[0047] Die Aufnahmen der Reaktionsmischung und der Reaktionsprodukte sind in Fig. 10 dargestellt. The images of the reaction mixture and the reaction products are shown in Fig. 10.

Messmethode der SERS-SpektrenMeasurement method of the SERS spectra

[0048] Die SERS-Spektren wurden mit einem hochauflösenden konfokalen InVia Raman-Mikrospektrometer (Ranishaw) aufgezeichnet. Die Wellenlänge des Anregungslichtes war 632,5 nm. Der Streustrahl wurde mittels einem Beugungsgitter im Spektrometer analysiert, und die Intensitäten für die einzelnen Energien wurden mit einem hochsensitiven CCD-Detektor erfasst. Die Vergrösserung des den Laserstrahl fokussierenden Objektivs auf der Probe war 50x. Die räumliche Auflösung war besser als 1 um, die spektrale Auflösung ca. 1 cm<-1>. Die Leistung des für Messungen verwendeten Lasers betrug von 1 mW bis 3 mW für SERS-Messungen und 150 mW bei Aufnahme herkömmlicher Raman-Spektren. Die Spektren wurden mit der Akkumulationszeiten von 10 bis 40 Sekunden aufgenommen. Die Aufnahme (Fig. 11) stellt die Aussenansicht des Mikroskops (a) und sein Schema (b) dar. The SERS spectra were recorded with a high-resolution confocal InVia Raman microspectrometer (Ranishaw). The wavelength of the excitation light was 632.5 nm. The scattered beam was analyzed by means of a diffraction grating in the spectrometer, and the intensities for the individual energies were detected with a high-sensitivity CCD detector. The magnification of the laser beam focusing lens on the sample was 50x. The spatial resolution was better than 1 μm, the spectral resolution about 1 cm <-1>. The power of the laser used for measurements was from 1 mW to 3 mW for SERS measurements and 150 mW when recording conventional Raman spectra. The spectra were recorded with the accumulation times of 10 to 40 seconds. The image (FIG. 11) represents the external view of the microscope (a) and its diagram (b).

[0049] Verstärkungsfaktor - (Eng. Enhancement Factor; EF) beschreibt das Verhältnis der integrierten Intensitäten (Intensität am Maxima), von den an der Oberfläche adsorbierten Molekülen und den sich in der Lösung befindlichen Molekülen, und wird mit folgender Formel definiert: EF= (ISERS/IRaman)/ (NSERS/NRaman); wo: ISERS- gemessene integrierte Bandintensität im SERS-Spektrum der an der Oberfläche adsorbierten Moleküle, IRaman - gemessene integrierte Bandintensität im Raman-Spektrum der Moleküle in der Lösung, IRaman- bestimmt die Anzahl der Moleküle in der Lösung, die mit Laserlicht «belichtet» wurden um das Raman-Spektrum aufzunehmen, NSERS - bestimmt die Anzahl der adsorbierten Moleküle, die mit Laserlicht «belichtet» wurden um das SERS-Spektrum aufzunehmen, NRaman-wurde mit folgender Formel bestimmt: NRaman= NAxCxDfxπr<2> <>wo: NA- Avogadrozahl, 6.02 x 10<23>, c - molare Konzentration der Lösung, Df- Fokussierungstiefe; Df = 2λ/NA<2>, wo für die Linie 785 nm NA, d.h. die Apertur des Objektivs, 0,55 beträgt, wodurch Df = 5 µm πr<2>- geometrischer Wirkungsquerschnitt der Moleküle NSERS- wurde aufgrund der Oberflächendeckung eingeschätzt, unter der Annahme, dass die Moleküle auf der Oberfläche durch die Bildung einer Monoschicht adsorbieren, und bei einer angenommenen Fläche der Oberfläche. NSERS= NmxA wo: Nm-Anzahl der Moleküle in der zur Adsorption verwendeten Stammlösung; A - die vom Laser bestrahlte Fläche, wo A = π x S, wobei S die Grösse des Laserspots ist, die bei in den Messungen verwendeten Linie 785 nm und der Objektivvergrösserung 50 x 1 µm<2> beträgt. Amplification factor (EF) describes the ratio of the integrated intensities (intensity at the maxima), the molecules adsorbed on the surface and the molecules in the solution, and is defined by the following formula: EF = (ISERS / IRaman) / (NSERS / NRaman); Where: ISERS-measured integrated band intensity in the SERS spectrum of molecules adsorbed on the surface, IRaman - measured integrated band intensity in the Raman spectrum of the molecules in the solution, IRaman- determines the number of molecules in the solution that were "exposed" to laser light to record the Raman spectrum, NSERS - determines the number of adsorbed molecules "exposed" to laser light to record the SERS spectrum, NRaman-was determined with the following formula: NRaman = NAxCxDfxπr <2> <> Where: NA avogadro number, 6.02 x 10 <23>, c - molar concentration of the solution, Depth of focus; Df = 2λ / NA <2>, where for the line 785 nm NA, i. the aperture of the lens is 0.55, whereby Df = 5 μm πr <2> - geometric cross section of the molecules NSERS- was estimated on the basis of surface coverage, assuming that the molecules adsorb on the surface by forming a monolayer, and assuming an area of the surface. NSERS = NmxA Where: Nm-number of molecules in the stock solution used for adsorption; A - the area irradiated by the laser, where A = π x S, where S is the size of the laser spot, which is 50 x 1 μm <2> for the 785 nm line and lens magnification used in the measurements.

[0050] Reproduzierbarkeit für ein Substrat - bedeutet die Reproduzierbarkeit der SERS-Spektren, die auf dem Substrat an verschiedenen Punkten der Oberfläche aufgenommen wurden (die Übereinstimmung in Bezug auf Intensitäten und Positionen der Banden in den SERS-Spektren, die unter gleichen Messbedienungen aufgenommen wurden). Der Parameter wurde wie folgt bestimmt: es wurden Integrale aus der Fläche des Unterschieds zwischen zwei zum Vergleich genommenen Spektren bestimmt, wobei die Spektren auf demselben Substrat aber an verschiedenen Punkten aufgenommen wurden. Für reproduzierbare Spektren (100% Übereinstimmung) waren jene gehalten, für die die Integrale aus der Unterschiedsfläche nicht um mehr als 3% verschieden waren. Reproducibility for a substrate - means the reproducibility of the SERS spectra recorded on the substrate at various points on the surface (the correspondence with respect to intensities and positions of the bands in the SERS spectra taken under the same measurement operations ). The parameter was determined as follows: integrals were determined from the area of the difference between two spectra compared, but the spectra were recorded at different points on the same substrate. For reproducible spectra (100% agreement) those were held for which the integrals from the difference area were not different by more than 3%.

[0051] Reproduzierbarkeit für verschiedene Substrate - bedeutet die Reproduzierbarkeit der SERS-Spektren, die auf verschiedenen Substraten an verschiedenen Punkten aufgenommen wurden (die Übereinstimmung in Bezug auf Intensitäten und Positionen der Banden in den SERS-Spektren, die unter gleichen Messbedienungen aufgenommen wurden). Der Parameter wurde wie folgt bestimmt: es wurden Integrale aus der Fläche des Unterschieds zwischen zwei zum Vergleich genommenen Spektren bestimmt, wobei, die Spektren auf verschiedenen Substraten aufgenommen wurden. Für reproduzierbare Spektren (100% Übereinstimmung) waren jene gehalten, für die die Integrale aus der Unterschiedsfläche nicht um mehr als 3% verschieden waren. Reproducibility for various substrates - means the reproducibility of the SERS spectra recorded on different substrates at different points (the agreement in terms of intensities and positions of the bands in the SERS spectra recorded under the same measurement operations). The parameter was determined as follows: integrals were determined from the area of the difference between two spectra taken for comparison, with the spectra recorded on different substrates. For reproducible spectra (100% agreement) those were held for which the integrals from the difference area were not different by more than 3%.

Ausführungsbeispieleembodiments

Ausführungsbeispiel 1. Herstellung goldener Mikroblüten auf einer SiliziumoberflächeExemplary Embodiment 1. Production of Golden Microblooms on a Silicon Surface

[0052] Zur wässrigen Hydroxylamin-Lösung (2 ml, 8,0 mM) wurde tropfenweise, unter Mischen auf dem Vortex, eine wässrige Lösung der Tetrachloridogoldsäure (1,2 ml, 5,0 mM) zugesetzt. Nach intensivem Mischen (ca. 10 Sekunden), wurde eine Siliziumplatte in die Reaktionsmischung eingebracht (früher gemäss dem oben dargestellten Verfahren vorbereitet). Nach 24 Stunden wurde die Platte aus der Reaktionsmischung herausgenommen, im destillierten Wasser und Methanol vorsichtig gespült und anschliessend zum Trocknen gelassen. Eine REM-Aufnahme einer einzelnen goldenen Nanoblüte ist in Fig. 1dargestellt. To the aqueous hydroxylamine solution (2 ml, 8.0 mM) was added dropwise, with vortex mixing, an aqueous solution of tetrachloroauric acid (1.2 ml, 5.0 mM). After intensive mixing (about 10 seconds), a silicon plate was placed in the reaction mixture (previously prepared according to the procedure outlined above). After 24 hours, the plate was taken out of the reaction mixture, rinsed gently in distilled water and methanol, and then left to dry. A SEM micrograph of a single nanorug is shown in FIG.

Ausführungsbeispiel 2. Herstellung goldener Mikroblüten und goldener Nanopartikel auf einer angerauten SiliziumoberflächeExemplary Embodiment 2. Production of Golden Microbubbles and Golden Nanoparticles on a Roughened Silicon Surface

[0053] Es wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 verfahren, in die fertige Reaktionsmischung wurde jedoch angerautes Silizium eingebracht. Eine Aufnahme der hergestellten Oberfläche mit den Mikroblüten ist in Fig. 2dargestellt. The procedure was as in Example 1, in the finished reaction mixture, however roughened silicon was introduced. A picture of the surface produced with the microblooms is shown in FIG.

Ausführungsbeispiel 3. Herstellung goldener Mikroblüten, die aus Goldblättern bestehenExemplary Embodiment 3. Production of Golden Microblossoms Consisting of Gold Leaves

[0054] Es wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 verfahren, die Abscheidungszeit der goldener Mikroblüten wurde jedoch auf zehn Minuten gekürzt. Eine REM-Aufnahme einer einzelnen auf der Oberfläche hergestellten Nanoblüte ist in Fig. 3dargestellt. The procedure was as in Embodiment 1, but the deposition time of the golden microbloods was shortened to ten minutes. An SEM image of a single surface-grown nanoblue is shown in Fig. 3d.

Ausführungsbeispiel 4. Herstellung der Oberflächen, die mit einer Monoschicht goldener Mikroblüten und Goldnanopartikel beschichtet sindEmbodiment 4. Preparation of Surfaces Coated With a Monolayer of Golden Microbubbles and Gold Nanoparticles

[0055] Zur wässrigen Hydroxylamin-Lösung (1 ml, 40,0 mM) wurde 1,6 ml Wasser und anschliessend tropfenweise, unter Mischen auf dem Vortex, eine wässrige Lösung der Tetrachloridogoldsäure (0,6 ml, 25,0 mM) zugesetzt. Nach intensivem Mischen (ca. 10 Sekunden), wurde die zu beschichtende Oberfläche in die Reaktionsmischung eingebracht. Nach 24 Stunden wurde die Platte aus der Reaktionsmischung herausgenommen, im destillierten Wasser und Methanol vorsichtig gespült und anschliessend zum Trocknen gelassen. Eine REM-Aufnahme eines Fragments der mit einer Monoschicht goldener Mikroblüten und Goldnanopartikel beschichteten Oberfläche ist in Fig. 4dargestellt. To the aqueous hydroxylamine solution (1 ml, 40.0 mM) was added 1.6 ml of water and then dropwise, with vortex mixing, an aqueous solution of tetrachloroauric acid (0.6 ml, 25.0 mM) , After intensive mixing (about 10 seconds), the surface to be coated was introduced into the reaction mixture. After 24 hours, the plate was taken out of the reaction mixture, rinsed gently in distilled water and methanol, and then left to dry. An SEM photograph of a fragment of the surface coated with a monolayer of golden microbubbles and gold nanoparticles is shown in FIG.

Ausführungsbeispiel 5. Herstellung eines porösen goldenen Materials, das aus vielen Schichten der goldenen Mikroblüten bestehtEmbodiment 5. Preparation of a porous golden material consisting of many layers of the golden microbloods

[0056] Zur wässrigen Hydroxylamin-Lösung (2 ml, 40,0 mM) wurde tropfenweise, unter Mischen auf dem Vortex, eine wässrige Lösung der Tetrachloridogoldsäure (1,2 ml, 25,0 mM) zugegeben. Nach intensivem Mischen (ca. 10 Sekunden), wurde die zu beschichtende Platte in die Reaktionsmischung eingebracht. Nach 24 Stunden wurde die Platte aus der Reaktionsmischung herausgenommen, im destillierten Wasser und Methanol vorsichtig gespült und zum Trocknen gelassen. Eine REM-Aufnahme eines Fragments der Siliziumoberfläche, die mit einer ausgedehnten, porösen, aus vielen Schichten goldener Mikroblüten bestehenden Oberfläche beschichtet ist, ist in Fig. 5dargestellt. To the aqueous hydroxylamine solution (2 ml, 40.0 mM) was added dropwise, with vortex mixing, an aqueous solution of tetrachloroauric acid (1.2 ml, 25.0 mM). After intensive mixing (about 10 seconds), the plate to be coated was placed in the reaction mixture. After 24 hours, the plate was removed from the reaction mixture, rinsed gently in distilled water and methanol, and allowed to dry. An SEM image of a fragment of the silicon surface coated with an extended porous surface consisting of many layers of golden microbubbles is shown in FIG.

[0057] Vorteilhaft ist auch Eintauchen einer fertigen, beschichteten Oberfläche in einer weiteren Reaktionsmischung. Bei solcher Variante mit einigen Wiederholungen, ist die Verwendung von so konzentrierten Reagenzienlösungen, wie in diesem Ausführungsbeispiel angegeben, nicht benötigt. It is also advantageous to immerse a finished, coated surface in a further reaction mixture. In such variant with some repetitions, the use of such concentrated reagent solutions, as indicated in this embodiment, is not needed.

Ausführungsbeispiel 6. Herstellung goldener Mikroblüten auf Nicht-Silizium-OberflächenEmbodiment 6. Preparation of golden microblooms on non-silicon surfaces

[0058] Es wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 verfahren, jedoch wurden in die fertigen Reaktionsmischungen Nicht-Silizium-Oberflächen eingebracht. Es waren gereinigte Platten aus Mattglas, mit Schleifpapier angerautes Mikroskopieglas, ITO, mit Schleifpapier angerautes ITO, dem mit Galliumnitrid beschichteten Saphir, aus Aluminium. Die REM-Aufnahmen der auf ITO-, Glas-, GaN- und Aluminiumoberflächen hergestellten Mikroblüten sind, entsprechend, in Fig. 6, 7, 8 und 9dargestellt. The procedure was as in Example 1, but non-silicon surfaces were introduced into the final reaction mixtures. They were cleaned sheets of frosted glass, microscopic glass roughened with sandpaper, ITO, sandpapered ITO, the gallium nitride coated sapphire, aluminum. The SEM micrographs of the microblooms prepared on ITO, glass, GaN, and aluminum surfaces are shown in Figs. 6, 7, 8 and 9, respectively.

Ausführungsbeispiel 7. Vorbereitung der Oberfläche für SERS (Typ I)Exemplary Embodiment 7. Preparation of the Surface for SERS (Type I)

[0059] Es wurde wie im Ausführungsbeispiel 4 verfahren. Die mit diesem Verfahren hergestellte Platte wurde durch die Bearbeitung mit Sauerstoffplasma für 5 Minuten von Hydroxylamin gereinigt. Die gereinigte Platte wurde in der Analytlösung mit bestimmter Konzentration angebracht. Nach Herausnehmen aus der Lösung war die Oberfläche mit dem adsorbierten Analyt für SERS bereit. The procedure was as in Embodiment 4. The plate prepared by this method was purified of hydroxylamine by the oxygen plasma treatment for 5 minutes. The purified plate was placed in the analyte solution of specified concentration. After removal from the solution, the adsorbent analyte surface was ready for SERS.

Ausführungsbeispiel 8. Vorbereitung der Oberfläche für SERS (Typ I)Exemplary Embodiment 8. Preparation of the Surface for SERS (Type I)

[0060] Es wurde wie im Ausführungsbeispiel 5 verfahren. Die mit diesem Verfahren hergestellte Platte wurde durch die Bearbeitung mit Sauerstoffplasma für 5 Minuten von Hydroxylamin gereinigt. Die gereinigte Platte wurde in der Analytlösung mit bestimmter Konzentration angebracht. Nach Herausnehmen aus der Lösung war die Oberfläche mit dem adsorbierten Analyt für SERS bereit. The procedure was as in Embodiment 5. The plate prepared by this method was purified of hydroxylamine by the oxygen plasma treatment for 5 minutes. The purified plate was placed in the analyte solution of specified concentration. After removal from the solution, the adsorbent analyte surface was ready for SERS.

Ausführungsbeispiel 9. SERS-Spektren der p-MerkaptobenzoesäureEMBODIMENT 9. SERS spectra of p-mercaptobenzoic acid

[0061] SERS-Oberfläche vom Typ I wurde in die 10<-><6>M p-Merkaptobenzoesäurelösung eingetaucht. Anschliessend wurde das Substrat getrocknet und 30 Ramanspektren an verschiedenen Punkten der Oberfläche aufgenommen. Fig. 12 stellt vier wahllos ausgewählte Spektren der auf der SERS-Oberfläche adsorbierten p-Merkaptobenzoesäure (B, C, D, E) sowie das Spektrum des Substrats selbst (A) dar. Die Spektren wurden innerhalb von 10 s, bei Verwendung der Anregungslinie 632,5 nm mit 2,5 mW Leistung, aufgenommen. Type I SERS surface was immersed in the 10 <-> <6> M p-mercaptobenzoic acid solution. Subsequently, the substrate was dried and recorded 30 Ramanspektren at various points of the surface. Figure 12 illustrates four randomly selected spectra of the p-mercaptobenzoic acid adsorbed on the SERS surface (B, C, D, E) and the spectrum of the substrate itself (A). The spectra became within 10 seconds using the excitation line 632.5 nm with 2.5 mW power, recorded.

[0062] In einem bevorzugten Beispiel, sind die an verschiedenen Punkten des Substrats aufgenommenen Spektren identisch. Die Spektren enthalten starke Banden bei Frequenzen: 1080 und 1590 cm<-><1>, deren relative Intensitäten in jedem der aufgenommenen Spektren praktisch gleich sind. In a preferred example, the spectra recorded at different points on the substrate are identical. The spectra contain strong bands at frequencies: 1080 and 1590 cm <-> <1>, whose relative intensities are practically the same in each of the recorded spectra.

[0063] In weiteren Experimenten wurde die Reproduzierbarkeit der aufzunehmenden SERS-Spektren für verschiedene, mit demselben Verfahren hergestellte Substrate, überprüft. Es wurden die Spektren der auf 10 weiteren Oberflächen vom Typ I adsorbierten p-Merkaptobenzoesäure aufgenommen. Fig. 13stellt die Ergebnisse für zwei wahllos ausgewählte, mit erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Substrate A i B, vor. In further experiments, the reproducibility of the SERS spectra to be recorded was examined for various substrates produced by the same method. The spectra of the p-mercaptobenzoic acid adsorbed on 10 further Type I surfaces were recorded. FIG. 13 presents the results for two randomly selected substrates A i B produced by methods according to the invention.

[0064] Darüber hinaus wurde der Verstärkungsfaktor EF für die auf einer SERS-Oberfläche adsorbierten p-Merkaptobenzoesäure mit folgender Formel eingeschätzt: EF= ( ISERS/lRaman)/ (NSERS/NRaman) wo: ISERSund IRaman sind gemessene integrierte Bandintensitäten in den Spektren der Moleküle der auf einer SERS-Oberfläche adsorbierten p-Merkaptobenzoesäure (Isers) und der Moleküle der p-Merkaptobenzoesäure in einer 10<-><6> M Lösung (lRaman); NSERSund NRaman bestimmen die Anzahl der adsorbierten Moleküle der p-Merkaptobenzoesäure, die mit Laserlicht «belichtet» wurden, um entsprechend das SERS-und das Raman-Spektrum aufzunehmen. In addition, the amplification factor EF for the adsorbed on a SERS surface p-Merkaptobenzoesäure was estimated with the following formula: EF = (ISERS / lRaman) / (NSERS / NRaman) Where: ISERS and IRaman are measured integrated band intensities in the spectra of the molecules of p-mercaptobenzoic acid (Isers) adsorbed on a SERS surface and the molecules of p-mercaptobenzoic acid in a 10 <M solution (Iraman); NSERSand NRaman determine the number of adsorbed molecules of p-mercaptobenzoic acid that were "exposed" to laser light to record the SERS and Raman spectra accordingly.

[0065] ISERS und lRaman wurden für die 1180 cm<-><1>Bande gemessen. NSERS wurde aufgrund der Oberflächendeckung der p-Merkaptobenzoesäure (1 x 10<14>Moleküle/cm<2>) eingeschätzt [B. Pettinger, B. Ren, G. Picardi, R. Schuster, G. Ertl, J. Raman Spectrosc. Volume 36 Issue 6-7, Pages 541- 550]. NRamanbezeichnet dagegen die nach den oben gegebenen Definitionen berechnete Anzahl der Moleküle der p-Merkaptobenzoesäure in der zu untersuchenden Lösung. ISERS and lRaman were measured for the 1180 cm <-> <1> band. NSERS was estimated from the surface coverage of p-mercaptobenzoic acid (1 x 10 <14> molecules / cm 2) [B. Pettinger, B. Ren, G. Picardi, R. Schuster, G. Ertl, J. Raman Spectrosc. Volume 36 Issue 6-7, Pages 541-550]. NRaman, on the other hand, refers to the number of molecules of p-mercaptobenzoic acid in the solution to be investigated calculated according to the definitions given above.

[0066] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen SERS-Oberfläche, betrug der eingeschätzte Verstärkungsfaktor (EF) für die p-Merkaptobenzoesäure 1,2 x 10<8>und war um vier Grössenordnungen höher als der, der für ein handelserhältlichen SERS-Substrat eingeschätzt wurde. In a preferred embodiment of the inventive SERS surface, the estimated gain factor (EF) for the p-mercaptobenzoic acid was 1.2 x 10 8 and was four orders of magnitude higher than that estimated for a commercially available SERS substrate has been.

[0067] Vorzugsweise sind die Frequenzen und relativen Bandintensitäten der p-Merkaptobenzoesäure für vier verschiedene, mit gleichem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Oberflächen reproduzierbar. Die Reproduzierbarkeit der Frequenzen und relativen Bandintensitäten ist für vier erfindungsgemäss hergestellte Substrate B, C, D und E höher als 70% (Fig. 12). Preferably, the frequencies and relative band intensities of the p-Merkaptobenzoesäure for four different surfaces produced by the same process according to the invention are reproducible. The reproducibility of the frequencies and relative band intensities is higher than 70% for four substrates B, C, D and E produced according to the invention (FIG. 12).

Ausführungsbeispiel 10. SERS-Spektren der p-MerkaptobenzoesäureEmbodiment 10. SERS spectra of p-mercaptobenzoic acid

[0068] In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde die Reproduzierbarkeit der aufgenommenen Spektren für dieselbe Oberfläche und für zwei verschiedene Oberflächen überprüft. Die Wellenlänge der bei Messungen verwendeten Anregungsstrahlung war 632,5 nm, die Laserleistung an der Probe betrug 3 mW, und die Akkumulationszeit war ca. 10 s. In another preferred embodiment, the reproducibility of the recorded spectra for the same surface and for two different surfaces was checked. The wavelength of the excitation radiation used in measurements was 632.5 nm, the laser power at the sample was 3 mW, and the accumulation time was about 10 s.

[0069] Vorzugsweise sind die Spektren der auf der SERS-Oberfläche aus deren wässrigen 10<-><6> M Lösung adsorbierten Moleküle der p-Merkaptobenzoesäure, aufgenommen an verschiedenen Punkten der Oberfläche, reproduzierbar. Die relativen Intensitäten der für die p-Merkaptobenzoesäure charakteristischen Banden bei den Frequenzen 840, 1080 und 1589 cm<-><1>sind zu 70% für alle aufgenommenen Spektren reproduzierbar. Preferably, the spectra of the molecules of the p-mercaptobenzoic acid adsorbed on the SERS surface from their aqueous 10 × 6 M solution, recorded at different points on the surface, are reproducible. The relative intensities of the bands characteristic of p-mercaptobenzoic acid at the frequencies 840, 1080 and 1589 cm <-> <1> are 70% reproducible for all recorded spectra.

Ausführungsbeispiel 11. SERS-Spektren des L-AlaninsExemplary embodiment 11. SERS spectra of L-alanine

[0070] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde die Sensitivität der hergestellten SERS-Oberflächen überprüft. Auf der Oberfläche vom Typ I wurden Moleküle des L-Alanins aus den Lösungen mit Konzentrationen: 10<-><3>M, 10<-><6> M und 10<-><9>M adsorbiert (Fig. 14). Die Wellenlänge der bei Messungen verwendeten Anregungsstrahlung war 632,5 nm, die Laserleistung an der Probe betrug 3 mW, und die Akkumulationszeit war ca. 10 s. In a further preferred embodiment, the sensitivity of the fabricated SERS surfaces was checked. On the Type I surface, molecules of L-alanine were adsorbed from the solutions with concentrations of 10 <-> 3> M, 10 <-> 6> M and 10 <-> 9> M (Figure 14). , The wavelength of the excitation radiation used in measurements was 632.5 nm, the laser power at the sample was 3 mW, and the accumulation time was about 10 s.

[0071] Vorzugsweise gibt die Oberfläche für SERS-Messungen eine höhe Verstärkung des SERS-Spektrum der aus ihren wässrigen sogar 10<-><9> M Lösung adsorbierten Moleküle des L-Alanins. Preferably, for SERS measurements, the surface gives a high enhancement of the SERS spectrum of the molecules of L-alanine adsorbed from their aqueous even 10 -9 M solution.

Ausführungsbeispiel 12. SERS-Spektren von BakteriophagenEmbodiment 12. SERS spectra of bacteriophages

[0072] In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wurden auf ein SERS-Substrat vom Typ II 2 Mikroliter QBeta Bakteriophagen aus einer 10<11>/m\ Lösung aufgetragen und nach der Trocknung der Oberfläche die SERS-Spektren aufgenommen (Fig. 15). Bei der Aufnahme der Spektren wurde die Anregungswellenlänge 632,5 nm verwendet, die Laserleistung an der Probe betrug 10 mW, und die Akkumulationszeit war ca. 10 s. Die erhaltenen Ergebnisse weisen darauf hin, dass die erfindungsgemäss hergestellte SERS-Oberfläche bei biologischen und medizinischen Untersuchungen nutzbar ist. In another preferred embodiment, 2 microliters of QBeta bacteriophages from a 10 <11> / ml solution were applied to a Type II SERS substrate, and after drying the surface, the SERS spectra were recorded (Figure 15). When recording the spectra, the excitation wavelength 632.5 nm was used, the laser power at the sample was 10 mW, and the accumulation time was about 10 s. The results obtained indicate that the SERS surface produced according to the invention can be used in biological and medical examinations.

Claims (17)

1. Verfahren zur Beschichtung hydrophiler Festkörper mit einer Goldschicht mit ausgedehnter Oberfläche, umfassend das Eintauchen der Oberfläche des Festkörpers in einer Goldionen und Hydroxylamin enthaltenden Reaktionslösung, gekennzeichnet dadurch, dass die Reaktionslösung aus folgenden Bestandteilen besteht: - Wasser, - erster Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tetrachloridogoldsäure HAuCl4, Salze dieser Säure und deren Mischungen, - zweiter Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Hydroxylamin dessen Salze und deren Mischungen.A process for coating hydrophilic solids with a gold surface having an extended surface area, comprising immersing the surface of the solid in a reaction solution containing gold ions and hydroxylamine, characterized in that the reaction solution consists of the following constituents: - Water, the first constituent selected from the group comprising tetrachloroauric acid HAuCl4, salts of this acid and mixtures thereof, - Second component selected from the group comprising hydroxylamine, its salts and mixtures thereof. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der zweite Bestandteil Hydroxylaminyhydrochlorid NH2OH x HCl ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the second constituent Hydroxylaminyhydrochlorid NH2OH x HCl. 3. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Festkörper ein dielektrischer Festkörper, Halbleiter oder metallischer Festkörper ist.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solid is a dielectric solid, semiconductor or metallic solid. 4. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das molare Verhältnis des ersten Bestandteiles zu dem zweiten Bestandteil in der Reaktionslösung von 1:8 bis 7:8, bevorzugt von 1:8 bis 3:8 beträgt.A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the molar ratio of the first constituent to the second constituent in the reaction solution is from 1: 8 to 7: 8, preferably from 1: 8 to 3: 8. 5. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Konzentration des zweiten Bestandteiles in der Reaktionslösung nicht weniger als 0,2 mM, vorzugsweise nicht weniger als 0,5 mM, noch weiter bevorzugt nicht weniger als 25 mM ist.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the concentration of the second constituent in the reaction solution is not less than 0.2 mM, preferably not less than 0.5 mM, more preferably not less than 25 mM. 6. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Lösung des ersten Bestandteiles tropfenweise zu der Lösung des zweiten Bestandteiles zugesetzt wird, vorzugsweise unter ständigem Rühren, wodurch die Reaktionslösung hergestellt wird, wonach die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die so hergestellte Reaktionslösung eingebracht wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solution of the first constituent is added dropwise to the solution of the second constituent, preferably with constant stirring, whereby the reaction solution is prepared, after which the surface of the solid to be coated in the so prepared reaction solution is introduced. 7. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Konzentration des zweiten Bestandteiles größer als 0,5 mM ist und, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in der Reaktionslösung waagerecht positioniert wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the concentration of the second constituent is greater than 0.5 mM and that the surface of the solid to be coated in the reaction solution is positioned horizontally. 8. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung für einen Zeitraum, der nicht länger als 10 Minuten ist, eingebracht wird.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the solid to be coated is introduced into the reaction solution for a period not exceeding 10 minutes. 9. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung für einen Zeitraum, der länger als 30 Minuten ist, eingebracht wird.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the solid to be coated is introduced into the reaction solution for a period longer than 30 minutes. 10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung für einen Zeitraum, der länger als 1 Stunde ist, vorzugsweise der länger als 24 Stunden ist, eingebracht wird.10. The method according to claim 8, characterized in that the surface of the solid to be coated in the reaction solution for a period of time is longer than 1 hour, preferably longer than 24 hours is introduced. 11. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Konzentration des zweiten Bestandteiles in der Reaktionslösung nicht weniger als 25 mM ist und über der Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers eine Säule der Reaktionslösung von der Höhe nicht weniger als 1 cm gewährleistet wird.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the concentration of the second constituent in the reaction solution is not less than 25 mM and a column of the reaction solution of height not less than 1 cm is ensured over the surface of the solid to be coated , 12. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Eintauchstufe der Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers in die Reaktionslösung wiederholt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the immersion step of the surface of the solid to be coated is repeated in the reaction solution. 13. Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers nicht poliert ist.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the solid to be coated is not polished. 14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers mechanisch angerautes Silizium ist.14. The method according to claim 12, characterized in that the surface of the solid to be coated is mechanically roughened silicon. 15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass die Oberfläche des zu beschichtenden Festkörpers Mattglas ist.15. The method according to claim 12, characterized in that the surface of the solid to be coated is frosted glass. 16. Hydrophiler Festkörper, beschichtet mit einer Goldschicht mit ausgedehnter Oberfläche mit einem Verfahren nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche.A hydrophilic solid coated with an extended surface gold layer by a process according to any one of the preceding claims. 17. Hydrophiler Festkörper nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass dieser wenn verwendet als Substrat bei Messungen des oberflächenverstärkten Ramaneffekts, SERS, einen Verstärkungsfaktor, EF, von nicht weniger als 10<7>, vorzugsweise nicht weniger als 10<8>, aufweist.A hydrophilic solid according to claim 16, characterized in that when used as a substrate in measurements of the surface-enhanced Raman effect, SERS, it has a gain, EF, of not less than 10 <7>, preferably not less than 10 <8>.
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CN102944542A (en) * 2012-10-18 2013-02-27 胡建明 Surface-enhanced Raman substrate of ground glass, and preparation method thereof
NL2028411A (en) * 2020-06-10 2021-08-30 Qingdao Univ Of Science And Technology RAMAN-ENHANCED SUBSTRATE, FABRICATION METHOD THEREOF, AND METHOD FOR DETECTING miRNA

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