CN102628809A - 一种表面增强拉曼检测试纸及其应用 - Google Patents

Abstract

一种表面增强拉曼检测试纸及其应用，属于超灵敏测试分析技术领域，具体地说是涉及一种表面增强拉曼检测试纸及其在检测有拉曼信号的生物或化学探针分子方面的应用。该表面增强拉曼检测试纸是通过物理气相沉积或者化学镀技术在具有天然纤维微纳多级结构的纸表面覆盖贵金属层后得到，纸为滤纸、硫酸纸、餐巾纸、报纸或打印纸等；贵金属膜为金或银等，其厚度为5纳米～90纳米。由于尺寸、周期和粗糙度的共同作用使入射光在多级结构表面产生局域电场增强，检测限可以达到10^-10mol/L。该试纸具有柔韧性好，成本低，对环境无污染，可以大批量制备等特点，可用于检测探针分子如罗丹明6G、对氨基苯硫酚、核黄素或乙醇等。

Description

一种表面增强拉曼检测试纸及其应用

技术领域

本发明属于超灵敏测试分析技术领域，具体地说是涉及一种可大规模制备、可广泛应用、高效、环境友好的表面增强拉曼检测试纸及其在检测有拉曼信号的生物或化学探针分子方面的应用。

背景技术

表面增强拉曼散射技术(SERS)是拉曼光谱分析中的重要技术。作为一种重要的痕量分析检测手段，自问世以来被广泛研究和应用。SERS检测可使增强因子达到10¹⁴～10¹⁵，使单分子检测成为可能。表面选择定则和共振增强的选择性使得SERS可以在极其复杂的体系中仅仅增强目标分子或基团，得到简单明了的光谱信息。另外，SERS光谱可以方便地用于水溶液体系，而且检测的样品可以是固态、液态和气态甚至是生物活体。

表面增强拉曼散射技术与普通拉曼检测相比能够产生巨大的增强主要来源于两个机制：一是物理增强机制即局域等离子体共振模式引起的电磁场增强机制，其是通过将入射光控制在纳米尺寸范围内引起金属纳米粒子局域电场显著增强实现的，SERS增强因子与局域电场强度的四次方(|E|⁴)成正比；第二种增强机制是化学增强，来源于分子和金属纳米粒子之间的相互作用引起分子激发或者产生电荷转移从而引起共振增强。其中物理增强的贡献起主导作用(10⁵～10⁸)，化学增强贡献偏小(10～10³)。所以制备合适的金属纳米粒子材料作为基底来增强局域电场(控制物理增强)对SERS检测至关重要。

SERS检测中，通常选择粗糙的贵金属表面、金属纳米粒子溶胶、周期性金属微纳结构等作为基底材料。各式各样的粗糙金属表面和微纳结构已经被很多传统的方法实现，如通过化学合成控制纳米粒子的形状尺寸进行自组装的方法，物理气相沉积方法(PVD)，电子束刻蚀(EBL)方法，聚焦离子束刻蚀(FIB)方法，纳米球刻蚀(NSL)方法等。

在科学研究和医疗等领域，作为方便快捷的分析和测试媒介，酸碱度(pH)试纸、葡萄糖检测试纸、尿液检测试纸、酯类检测试纸等得到了广泛的应用。但目前为止在SERS检测技术领域，还没有制备出能走出实验室实现同时满足大规模、低成本、高效率和环境友好的SERS检测试纸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可大规模制备的低成本、高效率、环境友好兼具柔韧性的表面增强拉曼检测试纸。

本发明通过研究各种纤维制纸的天然微纳结构，并以其为框架结构通过物理气相沉积(PVD)或者化学镀技术在纸纤维表面覆盖贵金属形成表面增强拉曼检测热点(hot spots)区，从而获得表面增强拉曼检测试纸。

经研究发现纸的纤维是由多级天然结构组成，包括微米尺度纤维、表面褶皱结构微纳纤维、纳米尺度纤维。以表面褶皱结构微纳纤维和纳米尺度纤维为模板制备的金属褶皱纳米纤维结构会由于尺寸、周期和粗糙度的共同作用使入射光在褶皱纤维表面产生局域电场增强，检测限可以达到10^-10mol/L。该发明取材于天然纤维结构，柔韧性好，成本低，对环境无污染，可以大批量制备。

本发明所述的表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：是通过物理气相沉积(PVD)或者化学镀技术在具有天然纤维微纳多级结构的纸表面覆盖贵金属层后得到。其包括如下内容：

(1)研究纸的天然纤维微纳结构，模拟同等尺寸金属褶皱和纳米结构的局域电场增强情况；

(2)通过物理气相沉积或者化学镀工艺以纸的纤维结构为框架模板制备特定的厚度和形貌的贵金属微纳结构，完成SERS试纸的制备；

(3)测试SERS试纸的性能；

(4)通过气体保护对SERS试纸进行罐装封装。

本发明所述方法其更为具体的方法如下：

(1)针对纸的天然纤维微纳多级结构，模拟同等尺寸金属褶皱和纳米结构的局域电场增强情况；

所述的纸是指经过制浆处理的植物纤维的水悬浮液，在网上交错的组合，初步脱水，再经压缩、烘干而成的片状纤维制品。包含实验用纸(如滤纸、硫酸纸)、生活用纸(餐巾纸)、工业用纸(如报纸、打印纸等)。

所述的天然纤维微纳多级结构，主要包括微米尺度(20～100μm)结构、表面褶皱结构微纳(400～1000nm)结构、纳米尺度(20～100nm)结构。

所述模拟是指通过有限时域差分(FDTD)、离散偶极子近似(DDA)、有限元方法(FEM)等理论工具对以纸褶皱和纳米纤维结构为框架模板的金属褶皱和金属纳米纤维进行场强分布的模拟。

所述的金属包括金、银等等离子体性质好的贵金属。

所述的局域电场增强是指由于褶皱金属结构周期(或者间隔)与入射激光波长匹配，或者入射的激光诱导纳米金属结构产生表面等离子体，使光的电场强度在靠近金属表面得到增强，从而使待测试分子的极化偶极距增强，进而使得拉曼散射信号增强。

(2)通过物理气相沉积或者化学镀工艺以纸的纤维结构为框架模板制备特定的厚度和形貌的贵金属微纳结构，完成SERS试纸的制备。

所述的物理气相沉积是指在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜及分子束外延等。

所述的化学镀工艺是指一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。

所述的特定的厚度和形貌是指为了保证以不同种类的纸为框架模版制备的SERS试纸的纯净度、高灵敏度又兼顾成本而考虑的参数。采用物理气相沉积技术在纸纤维表面制备金属微纳结构可以通过控制沉积速度和沉积时间来控制厚度和形貌。使用化学镀工艺制备时通过控制金属离子浓度、还原剂种类、温度、时间来控制厚度和形貌。

所述的不同种类的纸，包含实验用纸、生活用纸、工业用纸、办公用纸等。针对不同种类纸的纤维纯度和质量不同，以滤纸、硫酸纸、面巾纸为代表的纸填充物或者添加剂少，纤维纯度高，质量好；打印纸、报纸、牛皮纸等纤维填充物多或者纤维质量差。

所述的特定的厚度选为10纳米～90纳米，特定的形貌指以岛膜为主、粗糙度达到10纳米以上。

所述的保证SERS试纸纯净度指的是避免纸的添加剂的杂质拉曼峰的影响，保证探测物质的拉曼峰的纯度，为保证纯净度所选金属覆层(即膜层)厚度为20纳米～90纳米。

所述的保证SERS试纸的高灵敏度指的是探测极限浓度低于10^-6mol/L，本发明SERS试纸的探测极限浓度可以达到10^-10mol/L，为保证高灵敏度所选金属覆层厚度为10纳米～50纳米。

所述的成本主要包含用纸的成本和贵金属的成本。贵金属的成本占主体，为保证成本，需尽量减少金属的使用量，所选厚度应以低厚度为主。

(3)测试SERS试纸的性能

所述的性能包括SERS试纸的灵敏度、可重复性、应用广泛性、柔韧性、疏水性、保质性等。

测试中拉曼信号测试采用的仪器包含聚焦激光显微拉曼系统和便携非显微拉曼系统。其激发波长可选择488纳米、514纳米、532纳米、633纳米、785纳米、808纳米、1064纳米等可见及近红外激光光源。其它测试仪器还包含反射式显微镜、扫面隧道电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、疏水角测量仪等等。

所述的SERS灵敏度包括对探针分子拉曼信号的探测极限浓度，或者一定浓度下分子的表面增强拉曼信号与分子普通拉曼信号相比较获得的增强因子。探针分子包括罗丹明6G(R6G)、对氨基苯硫酚(p-MA)、核黄素、乙醇等有拉曼信号的生物或化学分子。

所述的可重复性是指拉曼测试热点区是否均匀，不同位置测试能否获得一致的检测效果。使用聚焦激光显微拉曼系统在纸微纳纤维上不同位置取样测试，聚焦光斑的尺寸为微米量级，光斑区会在单根纤维范围内，采样点间距为几微米到几十微米，在微米尺度上即微观上获得高度可重复性性能(超过98％)。使用便携式非显微拉曼系统在SERS试纸的不同位置取样测试。光斑大小为毫米量级，光斑区可覆盖数根至数十根纤维，采样点间距为数毫米，在毫米即宏观尺度上获得高度可重复性性能。

所述的应用广泛性指SERS试纸可以用来检测包含有机、无机在内的各种类别的具有拉曼信号的材料或分子。

所述的柔韧性是指试纸的耐弯折性，即经过多次弯折而不发生断裂。经过多次弯折后，SERS试纸的灵敏度和可重复性未受影响。

所述的疏水性是指由于纸的纤维具有微纳结构，从而当水滴被滴到其表面时，接触角会超过120度，对低浓度的分子水溶液进行SERS测试时会起到浓缩的效果，从而帮助降低检测浓度。

所述的保质性是指SERS试纸暴漏在空气中一定时间内能保持检测功能，由于一些金属表面，如银经过10～20个小时由于被氧化在表层形成硫化银从而使SERS检测功能逐渐减弱至消失。

(4)通过保护气体对SERS试纸进行罐装封装。

所述的保护气体包括氩气等惰性气体以及氮气等。主要是排除氧气、硫化氢等对金属有氧化作用的气体。

所述的罐装封装是指使用金属器皿或者玻璃器皿对试纸充保护气体进行密封处理。

附图说明

图1：不同种类纸的扫描电镜图片；(a)滤纸、(b)面巾纸、(c)硫酸纸、(d)牛皮纸、(e)打印纸、(f)报纸。插图是对应的纸的纤维结构，外置图和插图的标尺分别为100微米和5微米。

图2：(a)具有褶皱结构的纤维的扫描电子显微镜图片，褶皱纤维是大约平行排列的，间距为500nm；(b)对应图a中长方形区域的褶皱结构上紧密堆积的银纳米粒子的扫描电子显微镜图片；(c)(d)为褶皱结构和纳米纤维的原子力显微镜照片和截面。

图3：(a)打印纸分离出的纳米纤维的TEM照片；(b)放大的TEM图；

图4：模拟计算所得的电场分量Ex的分布：(a)间距为500纳米，褶皱深度为100纳米的覆盖有银的褶皱结构；(b)平行排列的尺寸为80纳米宽狭缝深度为的覆盖有银的纳米纤维。入射光波长为514纳米；

图5：(a)覆盖与不覆盖银的纸的界面的SEM图；(b)(c)(d)分别为对应SEM图的银、碳和氧的Mapping图；(e)银覆盖的纸的EDX谱图；

图6：覆盖有不同厚度银的纸的SEM照片(a)5nm；(b)10nm；(c)20nm。

图7：应用银覆层的厚度从10nm到90nm的表面增强拉曼(SERS)试纸和聚焦激光显微拉曼系统测试罗丹明6G(R6G)分子的拉曼光谱；

图8：以不同种类的纸为框架模版制备的表面增强拉曼(SERS)检测试纸对浓度为10^-6mol/LR6G分子测试的拉曼谱图；

图9：使用基于打印纸制备的金属覆层为30纳米的表面增强拉曼(SERS)试纸对不同浓度的R6G分子的拉曼测试谱图；插图为1651cm^-1处特征峰的强度随着浓度变化所做的半对数曲线；

图10：对图9中1360和1507cm^-1处特征峰的强度随着浓度变化所做的半对数曲线；

图11：10^-10mol/L的R6G分子测试的拉曼谱图；

图12：在基于打印纸制备的金属覆层为30纳米的表面增强拉曼(SERS)试纸纤维上的25个不同的点对浓度为10^-6mol/L的R6G分子的拉曼谱图。

图13：(a)可大规模制备的的表面增强拉曼检测试纸展示光学照片；(b)柔性的SERS探测试纸光学照片；

图14：表面增强拉曼(SERS)试纸的疏水性测试及滴在试纸上的分析物的浓缩过程示意图；

图15：新制备的表面增强拉曼(SERS)试纸拉曼灵敏度的时间依赖性曲线；

图16：新制备的和在氮气环境下保存的试纸封装后示意图以及存放30天前后的表面增强拉曼(SERS)试纸灵敏度对比曲线；

图17：便携式非显微拉曼系统中应用表面增强拉曼(SERS)试纸在波长为785纳米的激发光源下测试浓度为10^-6mol/L的R6G和p-MA分子的表面增强拉曼光谱。

图18：以硫酸纸为模板通过化学镀方法制备的表面增强拉曼(SERS)试纸的原子力显微镜图片。

图19：便携式非显微拉曼系统中应用表面增强拉曼(SERS)试纸在波长为785纳米的激发光源下测试浓度为10^-6mol/L的乙醇分子的表面增强拉曼光谱。

具体实施方式

实施例1：在聚焦激光显微拉曼系统中应用SERS试纸检测探针分子的拉曼信号光谱

(1)研究纸的天然纤维结构

选取常见的纸，如滤纸、餐巾纸、硫酸纸、牛皮纸、印刷纸和报纸等进行扫描电镜(SEM)测试如图1所示，滤纸、餐巾纸和硫酸纸等相对纯净，杂质少(如图1中图a、图b、图c所示)，牛皮纸、印刷纸和报纸等填充物，杂质偏多(如图1中图d、图e、图f所示)。微纤维的宽度尺寸为20～100微米。滤纸和餐巾纸的微纤维网络非常疏松，使得滤纸和餐巾纸等生活用纸浸润性好。餐巾纸等生活用纸纤维尺寸比滤纸偏小，厚度也更薄，使得生活用纸更柔软，硫酸纸具有相对光滑紧致的表面，对水等溶剂的浸润性不好。

尽管这些纸的表面形貌不尽相同，但是经过放大的SEM(图1插图)显示，微纤维表面有很多褶皱和次级结构组成。以打印纸为例，如图2a、2b和2c所示，纸纤维表面有更小的褶皱，褶皱的周期为500纳米，高度为100纳米。在造纸过程中，经过机械剖离，很多纳纤维显现出来，纳米纤维的直径在20纳米到100纳米之间，如图3所示为80纳米的纳米纤维的TEM图片。纳纤维平行排列，纤维问形成狭缝，深度为5纳米到50纳米，如图2d所示，形成的狭缝深度为10纳米。

(2)模拟同等尺寸的金属褶皱和纤维的局域电场增强情况。

通过有限时域差分法(FDTD)模拟金属褶皱和纳米纤维结构局域电场分布。金属覆层的厚度为30纳米。

如图2所示，通过以覆有30纳米厚银膜的纸纤维的表面褶皱形貌(褶皱的周期为500纳米，高度为100纳米)为参考对象，以500纳米周期和100纳米深度的银褶皱结构为理论模拟模型，并且考虑银纳米粒子粗糙度的影响，引入30纳米的台阶在结构表面。以波长为514纳米的激光入射到银褶皱结构表面，银褶皱结构表面的电场分布如图4a所示，计算结果显示表面局域电场最强位置的值为入射光场的11倍，对SERS信号的增强贡献可以达到10⁴。

如图2和图3所示，通过对覆有30纳米厚银膜的纸纤维的纳米纤维形貌为参考对象(纳米纤维尺寸为80狭缝深度为10纳米)，以直径尺寸为80纳米平行排列的银纳米纤维且纤维问狭缝深度10纳米为模型，以波长为514纳米的激光入射到金属纳米纤维结构表面，其表面的电场分布如图4b所示。表面电场最大可被增强为入射光场的8倍，对SERS信号的增强贡献可以达到400倍。

(3)通过物理气相沉积(PVD)在纸的表面制备一定厚度的银金属覆层使用真空蒸镀设备(使用的真空镀膜机包括为北京北仪创新真空技术有限责任公司制造的DM-300B，沈阳四达真空技术应用研究所制造的多源有机分子气象沉积系统SD400B)在纸的表面蒸渡银金属，并使用膜厚监测仪监测蒸镀金属膜层的厚度为5纳米到90纳米。具体步骤如下：

a)打开蒸度炉罩，将银金属粉装于钼舟(金属丝或箔片可装于钨螺线圈内)并固定在电极上形成蒸发金属源，将纸固定在蒸发金属源正上方，距离蒸发金属源5到15厘米。

b)关闭炉罩，对蒸发炉腔体抽真空，先使用机械泵抽真空到10帕，再使用分子泵抽真空到10^-3帕。

c)连通加热电极电源，打开膜厚监测仪将电流慢慢加到50到70安，透过观察窗看到金属受热挥发，依据膜厚仪示数达到所需的膜厚度时关闭的加热电极电源。

d)关闭分子泵和机械泵，对炉腔充气。开启炉罩，取出已经镀覆一定厚度金属膜的纸。

如图5所示为在打印纸上蒸镀20纳米厚的银膜，图5a是右侧区域为有金属银的镀层和左侧区域无银金属镀层的纸的对比扫描电镜图片，图5b～5d分别为能量色散X射线光谱仪(EDX)探测的元素Ag、C、O的分布。通过PVD蒸渡的30纳米厚的银金属可以均匀完整覆盖纸的纤维。图5e为各探测到的元素的能谱图。

如图6a～c所示为在打印纸上蒸渡厚度分别为5纳米，10纳米，20纳米的金属银，显然当金属的厚度小于20纳米时金属覆层不能很好的覆盖网状纸纤维表面，会形成比较粗糙但稀疏的金属岛膜，这与在平滑的玻璃基片和硅片上的形貌不同。当金属膜不连续时，纤维网络会有部分暴漏，当纸的纤维纯度不够填充物中的杂质会对SERS信号带来干扰，需要依据不同的纸选择金属覆层厚度。当选用滤纸、硫酸纸、面巾纸等较纯净的纸时，10纳米的金属覆层厚度足可以覆盖住上层纤维，可以选用10纳米到90纳米的厚度；当选用打印纸、报纸、牛皮纸等填充物较多的纸时，可以选用20到90纳米的金属覆层厚度。当金属覆层厚度超过100纳米时纸纳米纤维的结构容易被淹没，对SERS信号的灵敏度贡献会减弱。

(4)在聚焦激光显微拉曼系统中对SERS试纸性能进行测试

采用波长为514纳米的激光为激发光源，测试不同浓度的罗丹明6G(R6G)分子的拉曼光谱。

a)首先使用同一种纸作为框架模版制备SERS试纸，通过使用覆盖不同厚度的银金属层的试纸对同一种浓度的分子进行拉曼检测，来检验金属层厚度对SERS试纸拉曼灵敏度的影响。如图7所示，采用打印纸为模板，金属覆层厚度为10纳米，20纳米，30纳米，40纳米，50纳米，60纳米，70纳米，80纳米，90纳米的试纸检测10-6mol/L的R6G分子的拉曼光谱组图。结果显示30纳米～50纳米的覆层厚度增强效果最为显著，既SERS灵敏度最高。

b)检测以不同纸作为框架模版制备SERS试纸，使用金属覆层厚度相同的试纸进行同种浓度分子的拉曼检测，通过比对拉曼信号的强度，获得SERS试纸的最佳选材。如图8所示，为使用牛皮纸，报纸，纸巾，硫酸纸，滤纸，打印纸为基底蒸渡30纳米厚的银覆层制得的SERS试纸对10^-6mol/L的R6G分子的拉曼光谱测试谱图。由此可见以纤维为测试热点区的各种纸都具有很好的拉曼灵敏度。

c)选用成型性较好的打印纸为框架模版蒸渡30纳米后的银金属覆层，对不同浓度的R6G分子的拉曼信号进行检测，获得SERS试纸的检测限。如图9所示为浓度为10^-6、10^-7、10^-8、10^-9、10^-10mol/L的R6G分子的拉曼光谱图，图10为1360cm^-1和1507cm^-1处的特征峰的强度随测试分子浓度的依赖关系，显然随着罗丹明6G(R6G)分子浓度的降低，拉曼特征峰的强度会降低。图11为图9中单独的10^-10mol/L的R6G分子的拉曼光谱图，由此可见检测限完全可以达到10^-10mol/L的浓度。

d)选用如c)所述的打印纸为框架模版蒸渡30纳米后的银金属覆层制备的SERS试纸，在试纸上的纤维的不同位置选点进行测试来检验试纸的可重复性特性。如图12所示，为在试纸纤维上任意选取的25个测试点(测试点问的距离等无要求)处10^-6mol/L的R6G分子的拉曼光谱图，信号强度很一致，充分说明了纤维SERS试纸的可重复性。

e)使用如c)所述的试纸进行可批量制备展示柔韧性的测试。如图13a以打印纸为模板通过真空蒸镀法，在真空腔体内一炉制备完成的一张面积为312平方厘米的试纸裁剪为的50片(每片约6.2平方厘米)。SERS试纸制成的试纸商品展示，试纸的尺寸可依据需要进行裁剪分割。图13b为其中单片试纸进行100次弯曲仍保持良好的形貌，充分显示了SERS试纸的柔韧性，这对运输和使用都提供了极大的便利。

f)使用如c)所述的试纸进行疏水特性测试，由于打印纸的纤维网络相对致密，覆盖的金属层连续且具有一定的粗糙度，测试水溶液分子时由于疏水特性的影响，水挥发的过程会使分子的浓度进一步浓缩，可进一步降低SERS测试检测线。如图14所示为5微升的10^-6mol/L的R6G分子的水溶液的接触角为130度，且随时间推移溶液被浓缩的过程。

g)使用如c)所述的试纸进行成本计算，主要包含银金属的造价和纸的造价(相对很低)，每平方米的试纸成本小于1美元。

h)使用如c)所述的试纸进行至于空气中寿命的测试。由于银容易和空气中的硫化氢反应形成硫化银，使得表面的拉曼灵敏度降低。如图15所示为暴漏在空气中的试纸测试R6G分子拉曼光谱灵敏度随时间的变化曲线，13.5小时以后灵敏度极度降低，如图15最下方曲线所示拉曼信号强度很低。

(5)对SERS试纸进行封装

通过手套箱装置用玻璃瓶对SERS试纸进行封装。具体的操作步骤如下：

a)将试纸放入开口的玻璃瓶中，将玻璃瓶和盖子一并放入手套箱的传输通道中，将传输通道密封后，进行抽真空处理使传输通道内气压达到10⁴帕，再对传输通道进行充氮气处理，使气压达到10⁵帕。重复抽真空充氮气这个过程3到5次；

b)将装有SERS试纸的开口玻璃瓶和盖子从传输通道移入充满1个大气压的氮气的手套箱内部，放置5到10分钟后将盖子拧紧；

c)将玻璃瓶移回传输通道，将通道再次密封，进行短暂的抽真空处理(10秒到30秒)后，使玻璃瓶内的气体形成负压，使玻璃瓶不易打开，利于保质。最终封装后的效果如图16所示。

通过对封装前后30天的试纸对10^-6mol/L的R6G分子的拉曼测试，如图16显示，被封装处理的试纸能够长期保存，利于SERS试纸的在多领域的广泛应用。实施例2：在便携式拉曼系统中应用SERS试纸检测探针分子的拉曼信号光谱

(1)研究纸的天然纤维结构

具体步骤与实施例1相同。

(2)模拟同等尺寸的金属褶皱和纤维的局域电场增强情况

具体步骤与实施例1相同。

(3)通过物理气相沉积(PVD)在纸的表面制备一定厚度的银金属覆层

具体步骤与实施例1相同。

(4)在便携式拉曼系统中对SERS试纸性能进行测试

对SERS试纸的柔韧性，疏水性，保质性等性能的检测如实施例1所述。

采用波长为785纳米的激光作为激发光源的便携式拉曼系统(非显微)对试纸进行灵敏度和重复性检测。激光光斑尺寸为1mm，重复性检测不时光斑覆盖区域变大，对试纸的要求更高。重复性性能检测的结果与实例1相似。

如图17所示为对10^-6mol/L的R6G分子和对氨基苯硫氛(PMA)的拉曼光谱图。由于785的激发波长于514相比会使的银基底的拉曼测试灵敏度变弱，银覆层SERS试纸的探测极限只能达到10^-7mol/L。

SERS试纸适用于便携式拉曼系统及多种激发波长的使用充分说明SERS试纸的性能优异性。这对野外环境等非实验室环境下的应用具有重大意义。

(5)对SERS试纸进行封装

具体步骤与实施例1相同。

实施例3：采用化学镀的方法制备SERS试纸并用于检测乙醇分子

(1)研究纸的天然纤维结构

具体步骤与实施例1相同。

(2)模拟同等尺寸的金属褶皱和纤维的局域电场增强情况

具体步骤与实施例1相同。

(3)通过化学镀的方法在纸的表面制备一定厚度的银金属覆层

首先配置如下三种溶液：

a)硝酸银0.1克，去离子水5ml，氨水适量滴至澄清；

b)酒石酸钾钠0.5克，去离子水5ml；

c)氯化亚锡0.5克，50ml水。

在25℃条件下，将硫酸纸置于c)氯化亚锡溶液中敏化10分钟，拿出用去离子水多次冲洗。将a)和b)两种溶液混合制成镀液，将敏化完的硫酸纸立刻放于镀液中。此种方法生长银金属镀层的速率为1纳米每秒钟。通过控制化学镀的时间来控制银金属覆层的厚度。30秒后，即金属膜层厚度达到30纳米时，将硫酸纸拿出镀液，用去离子水简单冲洗，最后用氮气吹干。如图18所示，为原子力显微镜对化学镀法制备的表面增强拉曼试纸的表面形貌，可以看到周期约为100纳米的金属纳米纤维粗糙结构。

(4)在便携式拉曼系统中对SERS试纸性能进行测试

对SERS试纸的柔韧性，疏水性，保质性等性能的检测如实施例1所述。

采用的具体拉曼系统实例2所述。

测试浓度为10^-6mol/L的乙醇分子，其拉曼光谱如图19所示，各指纹特征峰清晰可见，显示出基于化学镀方法制备的表面增强拉曼试纸的高灵敏度和应用广泛性。

(5)对SERS试纸进行封装

具体步骤与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：是通过物理气相沉积或者化学镀技术在具有天然纤维微纳多级结构的纸表面覆盖贵金属膜后得到。

2.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：微纳多级结构是指20～100μm的微米尺度结构、400～1000nm的表面褶皱结构微纳结构或20～100nm的纳米尺度结构。

3.如权利要求2所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：纸为滤纸、硫酸纸、餐巾纸、报纸或打印纸。

4.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：贵金属为金或银。

5.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：物理气相沉积技术为真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜或分子束外延技术。

6.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：贵金属膜的厚度为5纳米～90纳米。

7.如权利要求6所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：贵金属膜的厚度为20纳米～90纳米，从而保证SERS试纸的纯净度。

8.如权利要求6所述的一种表面增强拉曼检测试纸，其特征在于：贵金属膜的厚度为5纳米～50纳米，从而保证SERS试纸的探测极限浓度低于10^-6mol/L。

9.权利要求1～8任何一项所述的一种表面增强拉曼检测试纸在检测有拉曼信号的生物或化学探针分子方面的应用。

10.如权利要求9所述的一种表面增强拉曼检测试纸在检测生物或化学探针分子方面的应用，其特征在于：探针分子为罗丹明6G分子、对氨基苯硫酚分子或乙醇分子。

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