CN105158227A - 一种制备sers基底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备表面增强拉曼（SERS）基底的方法，使用黑色素膜作为SERS基底的关键衬底表面形貌操控层，并利用黑色素还原金属盐溶液生成金属纳米粒子制成SERS基底。本发明利用黑色素有机分子功能团的还原性直接将金属离子一步原位还原为金属纳米粒子并沉积在黑色素膜表面，通过控制有机分子功能团本身的有效面积、密度，及金属离子还原为原子和聚合成纳米原子簇的反应条件调控金属纳米粒子尺寸和距离，优化金属纳米粒子/黑色素膜SERS性能，用于痕量物质的检测，将检测样品直接放在负载金属纳米粒子的黑色素膜上即能完成检测。本发明在还原金属纳米粒子过程中无需添加外加还原剂，对于SERS检测具有良好的响应增强作用，且无背景干扰成分影响。

Description

一种制备SERS基底的方法

技术领域

本发明属于拉曼光谱检测技术领域，具体涉及为一种利用光照诱导调控黑色素膜还原金属纳米粒子制备的SERS基底及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射（Surface-enhancedRamanScattering，SERS）技术是在普通拉曼上发展起来的新一代检测技术。与普通拉曼散射技术相比，表面增强拉曼散射技术具有选择性好、灵敏度高的特点，并可实现对单个分子的检测，近年已成为环境监测、生物化学传感、疾病诊断等领域常用分析手段。

SERS技术的应用基础是具有高灵敏度的活性基底形成的灵敏度极高的SERS“热点”。目前常用的SERS活性基底通常是由三部分组成：（1）为使活性基底方便使用，一般将活性基底固定在小块平面如玻璃片、搅拌或者柔性胶片上，此衬底部分不影响SERS性能；（2）活性基底的最关键部分是表面的金属纳米粒子（如金和银），其SERS性能主要由金属纳米粒子的成分、尺寸、形貌及粒径决定；（3）为进一步优化SERS性能，在平面衬底上添加一层多尺度粗糙的衬底表面形貌操控层，使得金属纳米粒子间距更多符合SERS对颗粒间距的尺寸要求。因此，SERS基底衬底表面形貌控制层的形貌调控以及在此层上金属纳米粒子的尺寸、形貌和颗粒间距的制备与调控是生产SERS基底的重要步骤。

目前，SERS基底表面金属纳米粒子层的传统制备方法主要包括电化学氧化还原法、金属溶胶法、金属岛膜法、化学刻蚀法和化学沉积法等。专利公布号为CN1038837521A专利采用柠檬酸钠稳定的银溶胶，通过带有氯化钠的滤纸进行浸泡还原得到SERS基底，此发明方法成本低廉，但稳定剂的存在会影响到探针分子的连接，最终导致SERS信号不稳定，重现性差，并且滤纸在银溶胶中浸泡时间为12-72h，造成整体实验周期较长。专利公布号CN103604796A及CN103364390A两个专利都先用氢氟酸对硅基底进行预处理，然后应用电化学原理在硅基底上原位生长一层Ag纳米粒子，两种制备方法都简单易行且周期短，但制备过程中用到的氢氟酸是剧毒物质，对人体及环境具有不可恢复的破坏，这在一定程度上限制了此种方法的推广应用。随着技术的发展，人们开发出利用纳米压印技术制备有序SERS基底，如专利申请号CN103091983A提出首先利用具有双层复合结构的柔性纳米压印模板压印出有序纳米结构图案，然后进行蒸镀，最后去除纳米压印胶得到SERS基底，这种方法虽然能够制备出形貌复杂、高曲率的SERS基底，但是对设备要求较高，外加试剂较多，因此距离实际大批量生产也有一定距离。总之，SERS活性基底的传统制备方法存在制备过程复杂、外加试剂较多、成本高等问题，很大程度上限制了SERS技术的推广应用。

如何利用最简单的设备及工艺流程在绿色、温和的环境下完成对SERS基底表面金属纳米粒子的调控是推动SERS技术发展面临的问题。综合目前SERS基底的制备方法，发现利用还原剂对金属纳米粒子进行直接还原是简化SERS基底制备的有效方法，且可通过改变还原条件调控活性基底上金属粒子的形貌及尺寸。Jia等将较小粒径的银纳米粒子作为银核利用静电作用固定在固体基片上，然后浸入柠檬酸钠和硝酸银的混合溶液中，在光照条件下，柠檬酸钠将溶液中的银离子还原在银核表面成为SERS活性基底，此方法通过简单的控制光照条件就可获得表面具有不同尺寸金属纳米粒子的SERS基底，虽然与传统制备方法相比大大简化了制备流程，但是需要首先制备Ag核胶体溶液，且外加还原剂的存在也会增加基底测试SERS信号的背景干扰。因此利用光照控制金属纳米材料的形貌及尺寸是一种简单有效的途径，但如何在避免外加还原剂的情况下，一步完成金属纳米粒子的成核及生长获得SERS基底是需要解决的问题。

黑色素（melanin）广泛存在于自然界动物和植物体内，它是一种以络氨酸为单体，经过氧化还原过程后得到由多巴、多巴醌、多巴色素等聚合形成的表面具有羟基、羧基等基团的多聚物。另外，黑色素在生物体内具有良好的光敏性，发挥着光保护、温度调节、伪装等作用。且在上世纪60年代，黑色素被指出其结构中的吲哚结构及伴随的电子离域具有类似于半导体材料光伏效应的特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中SERS基底制备过程中制备时间、原料成本、灵敏度等方面难以协调统一的问题，提供一种温和、绿色的SERS基底制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种制备SERS基底的方法，使用黑色素膜作为SERS基底的支撑膜（也称为关键衬底表面形貌操控层），还原金属盐溶液生成金属纳米粒子制成SERS基底。优选的，黑色素膜厚度为10~200nm。金属离子在黑色素膜表面实现原位还原反应，生成金属纳米粒子/黑色素膜的SERS基底。优选的，黑色素膜还原金属纳米粒子过程中，不加其它任何化学试剂。

本发明的方法主要是基于黑色素不仅有光敏性，且结构中含有邻苯二酚结构，邻苯二酚容易被氧化成邻苯二醌而具有还原性，能够将金属盐溶液中金属离子实现原位还原得到金属原子，再通过原子扩散、成核及生长过程变为金属纳米粒子。黑色素具有邻苯二酚分子结构，而邻苯二酚有机分子功能团具有还原性，在释放电子后自身被氧化为邻苯二醌，且黑色素的还原强度可利用光照来增强。而黑色素吸光性强，吸光后其还原性能大幅提高，而且邻苯二酚的有效面积密度与SERS需求的金属纳米粒子尺寸和距离有较好的匹配，成为黑色素制备SERS基底的特殊、优秀材料。由黑色素形成的黑色素膜能够同时具有良好的还原性和基础形貌，即将黑色素膜作为支撑膜时，是作为关键衬底表面形貌操控层使用。本发明方法制备的SERS重现性良好，流程简单可靠，通过控制光照强度可以得到不同形貌的金属纳米粒子，对于各种实际测试检验环境均能提供品质优良的SERS基底材料。

进一步，黑色素膜的前驱体为黑色素前驱体、类黑素前驱体以及异黑素前驱体中的一种或几种。可以采用任意一种现有技术已知的黑色素合用原料合成制备黑色素物质。并且可以在合成时通过控制光照强度，实现黑色素膜的表面形貌的调控。优选的，可以采用5,6-二乙酰氧基吲哚（DAI）、3,4-二羟苯丙氨（左旋多巴）、多巴、多巴醌、多巴色素和酪氨酸中的一种或几种作为原料合成黑色素薄膜（即黑色素膜）。这些原料在合成过程中可能会需要一步或一步以上的连续合成才能得到目标的黑色素膜产物。

进一步，采用电化学沉积方法制备得到黑色素膜。特别是采用电化学沉积方法在导电基底上沉积制得黑色素膜。此外通过改变沉积条件调控黑色素膜表面形貌。优选的，导电基底可以采用氧化铟锡（ITO）透明导电玻璃、铂（Pt）片、金（Au）片、银（Ag）片、铜（Cu）片、铝（Al）片。利用沉积在导电基底上的黑色素膜的还原性将金属离子还原沉积成金属纳米粒子，得到金属纳米粒子/黑色素膜SERS基底。通过改变电化学工作站参数设置，可以获得不同粗糙度、厚度的黑色素膜。优选的，电化学工作站设置参数为：扫描电压为-1V~+1V、-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/S、100mV/S，扫描圈数为2~75圈。

进一步，作为本发明具体制备方法之一，是将黑色素膜浸泡在金属盐溶液中，在黑色素膜表面还原金属盐溶液生成金属纳米粒子，制备成SERS基底。在特定的情况下，也可以将黑色素基底作为固定相，使用流动的金属盐溶液在其上流动并完成金属离子还原生成纳米粒子的过程。优选的，黑色素膜还原金属纳米粒子过程中，不加其它任何化学试剂。

进一步，在黑色素膜上还原金属盐溶液生成纳米粒子的时候，可以调整金属盐溶液的光照条件，通过调控光照条件控制黑色素膜还原金属纳米粒子的大小、形貌和颗粒间距。本发明主要是利用黑色素膜上邻苯二酚基团的还原性对金属离子进行原位还原，控制光照强度可以调整其还原活性使金属纳米粒子成核密度、生长速度、生长形状稳定在一定的范围内，这是由于邻苯二酚基团将金属离子还原为原子后，自身被氧化成醌而失去还原性，造成金属原子的供应有局限性，而这局限性又恰好可提供符合SERS要求的金属纳米粒子尺寸及颗粒间距，因此选用黑色素原位将金属离子还原为金属纳米粒子更加适应SERS活性基底的特性要求。

进一步，形成的金属纳米粒子为金、银、铜、镍中的一种或者几种。形成的金属纳米粒子还可以是几种金属的混合纳米粒子。金、银、铜、镍等是已知的具有SERS增强活性的金属纳米材料，根据不同的检测需求合成中可以选用一种或多种金属离子溶液生成相应的纳米粒子，达到最佳SERS信号增强的目的。由于原位还原的过程中各种金属离子在溶液中生长情况并不完全相同，所以还可以分批次将多种金属离子溶液进行原位还原，或者将两种以上的金属离子溶液混合后，在一次光照还原中实现多种金属纳米粒子的生长。

进一步，所述金属盐溶液为以下的一种或几种的混合物：硝酸盐、硫酸盐、氯化物、氧化物。具体可以优选为硝酸银、氯金酸、硝酸铜、硝酸镍、硫酸铜的一种或几种混合物。选择稳定可靠的成盐离子对于金属离子的原位还原具有更少的干扰，优先采用无机酸根离子等配合金属离子成盐促进金属盐溶液长期储存稳定性。

进一步，所述还原出的金属纳米粒子尺寸可调为1-500nm，优选为1-200nm，形貌可调为球状、多面体状、棒状、线状及表面有突起的以上形貌，颗粒间距为几个纳米的分子尺寸。根据SERS增强特性，可对原位还原纳米粒子的尺寸、形貌、颗粒间距进行微调保证SERS信号增强达到最佳强度，保证对于微量物质检测的灵敏度。

进一步，上述方法获得的SERS基底可用于痕量物质的检测。

采用光照诱导调控黑色素膜还原性制备SERS基底为金属粒子的还原及活性基底的制备提供了金属纳米粒子尺寸、分布、形貌可控制的SERS基底，可以有效的提高痕量物质检测的精度，降低检测成本，对SERS技术的普及应用具有重要意义。

本发明利用黑色素良好的还原性、灵敏的光响应性及光电性，将其用于光照诱导还原金属纳米粒子制备SERS活性基底。在制备SERS基底过程中，无需外加其他化学试剂，通过光照诱导达到对金属纳米粒子尺寸、形貌、颗粒间距调控的目的。本发明不仅避免了其它外加试剂对活性基底SERS性能的影响，也大大简化了SERS基底的制备步骤，并且采用的黑色素还原剂生物相容性好、对环境及生态无毒，整个制备过程绿色、温和，制备获得的新型SERS基底具有良好的重现性及检测限。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明的SERS基底制备过程采用结构和表面形貌可控并具有还原性的黑色素膜通过原位还原法进行制备具有强SERS活性的金属纳米粒子，一次性实现超灵敏SERS基底的制备，工艺简单可靠。

2.本发明制备的表面增强拉曼基底，因为可直接通过光照强度及光照时间来控制金属纳米粒子的成核及生长，制备过程简单。

3.本发明制备的表面增强拉曼基底，因为制备过程无需加入其它外加试剂，对于SERS检测信号无任何干扰影响。

4.本发明制备的表面增强拉曼基底，在进行各种痕量物质的SERS检测时，灵敏度高重现性好。

附图说明：

图1是黑色素膜还原金属纳米粒子制备SERS基底流程图。

图2是SERS基底检测耐尔蓝（NBA）溶液的拉曼图谱。

图3是采用电化学循环伏安法制备得到的黑色素膜SEM图片（循环伏安法设置参数：扫描电压为E=-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为75）。

图4是本发明制备的SERS基底检测亚甲基蓝（MB）溶液的拉曼图谱。

图5是本发明制备的SERS基底检测对氨基苯硫酚（4-ATP）溶液的拉曼图谱。

图6是本发明制备的SERS基底检测耐尔蓝（NBA）溶液重现性图。横坐标样本编号，纵坐标信号响应值。

图7是在光照强度为700W/m²下，黑色素膜还原Ag纳米粒子形成SERS基底SEM图片（AgNO₃浓度为0.05M，还原时间为1min）。

图8是在黑暗条件下（光照强度为0），黑色素膜还原Ag纳米粒子形成SERS基底SEM图片（AgNO₃浓度为0.05M，还原时间为16h）。

图9是在光照强度为500W/m²下，黑色素膜还原5M硝酸银溶液得到Ag纳米粒子形成SERS基底检测耐尔蓝（NBA）溶液重现性图。横坐标样本编号，纵坐标信号响应值。

具体实施方式

黑色素膜制备SERS基底，将黑色素膜（melanin）浸泡在0.001M~1M金属盐溶液中，通过控制光照强度和光照时间，5~900W/m²，光照时间1s~16h，得到表面还原有金属纳米颗粒的SERS基底。优选的，黑色素膜在金属盐溶液中还原反应时，不向其中加入任何其它化学试剂。

进一步，光照方式包括间歇性光照的光照时间为1s~16h，间歇光照次数为1次到多次。

根据实际还原速率、目标纳米粒子尺寸等目标，可以将光照强度控制为0，即无光照，在完全黑暗的条件下实现金属离子的还原。根据金属纳米粒子的尺寸、形貌及颗粒间距调控需要，也可以采用额外的光照补偿，使得金属纳米粒子在黑色素膜上还原得到的尺寸、形貌、颗粒间距更符合实际需求。

进一步，黑色素膜是沉积在其它介质基底上的。例如，可采用任何成本低的金属或者合金作为工作电极通过电沉积制备获得黑色素膜，也可采用ITO（氧化铟锡）玻璃片作为电极采用电沉积的方法将制备黑色素膜并沉积在ITO基底上。氧化铟锡是具有良好的导电特性的电沉积介质材料，利用氧化铟锡作为电沉积的工作电极，黑色素可以快速的沉积在其表面并聚合生成性质稳定、结合牢固的黑色素膜层为后续还原得到SERS活性基底层以良好保障。另外，控制黑色素膜厚度较薄在进行SERS测试时，激光可经过玻璃入射，而具有SERS信号的散射光也可由玻璃射出。

进一步，将5,6-二乙酰氧基吲哚、3,4-二羟苯丙氨（左旋多巴）、多巴、多巴醌、多巴色素和酪氨酸中的一种或几种作为原料沉积在介质基底上。优选的，将上述原料成分中一种或几种，特别是左旋多巴，分散在pH=7.0~8.5的溶液中，采用电化学沉积法（简称电沉积），在介质表面形成一层黑色素膜并通过改变原料及溶液pH值来调控其组织结构和表面形貌。特别优选的，上述溶液是pH=7.0~8.5的缓冲溶液。

进一步，所述电化学沉积法是将制备黑色素的原料溶解制成前驱体溶液，采用水相三电极体系，利用循环伏安法进行电沉积。优选的，所述三电极体系具体为：饱和甘汞电极为参比电极、ITO玻璃片为工作电极、Pt片为对电极。以前驱体溶液作为电解液，循环伏安法进行黑色素膜的电化学沉积，并通过改变电化学设置参数调控其组织结构和表面形貌。

进一步，所述电化学沉积法制备黑色素薄膜时，通过电化学工作站参数设置，可获得不同组织结构和表面形貌、厚度的黑色素膜。特别优选的，电化学工作站参数设置为电压扫描范围为-1V~+1V、-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/S、100mV/S，扫描圈数为20~75圈。电化学工作站电压扫描是温和的低电压快速循环扫描，范围为-1V~+1V或-0.8V~+0.8V，对于电化学沉积黑色素膜的过程，由于黑色素本身的沉积聚合时电沉积能量较低，采用温和的电压进行循环扫描可以使得沉积的速度较快且沉积的稳定性好，保持良好的原位还原能力。

进一步，黑色素膜的制备过程具体如下：

（1）将0.02mmol~0.04mmol的黑色素前驱体超声分散在20mLpH=7.0~8.5的缓冲溶液与无水乙醇的混合溶液中，超声10分钟，待黑色素前驱体完全分散后得到黑色素前驱体溶液。优选的，选用的黑色素前驱体为左旋多巴，缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液。进一步，缓冲溶液也可用控制pH值为7.0~8.5的其他缓冲溶液替代，如磷酸盐缓冲溶液。

（2）采用三电极体系，利用循环伏安法进行电沉积，采用导电基底作为工作电极进行电沉积生成黑色素膜。导电基底可以采用氧化铟锡（ITO）透明导电玻璃、铂（Pt）片、金（Au）片、银（Ag）片、铜（Cu）片。优选的，其中三电极体系是水相三电极系统或水相三电极体系，具体为饱和甘汞电极为参比电极、ITO玻璃片为工作电极、Pt片为对电极。进一步，其中参比电极也可替换，用水相的参比电极，如AgCl/Ag参比电极、汞|氧化汞电极等。

电沉积过程中以黑色素前驱体溶液为电解液，循环伏安法参数设置为：电压扫描范围为-1V~+1V、-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/S、100mV/S，扫描圈数为20~75圈。根据实际生产中黑色素膜厚度控制的需要，可以适当的调整各项工艺参数，主要包括电压范围、扫描速率和扫描圈数。另外还可以通过改变黑色素溶液的浓度及pH值来控制黑色素膜的厚度。

（3）经过电化学沉积后，在ITO玻璃表面得到一层黑色素膜，对所得到的黑色素膜用无水乙醇和二次水进行冲洗去除表面未反应的黑色素前驱体溶液得到melanin/ITO样品。

进一步，SERS基底的制备过程具体如下：

将上述melanin/ITO样品直接浸泡在0.001M~1M金属盐溶液中，在不加其它任何还原剂的情况下，控制光照强度0~900W/m²，光照时间10s~16h，反应完成后，用二次水和无水乙醇冲洗数次去除表面多余的金属盐溶液，获得表面有金属纳米颗粒的SERS基底。

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。

实施例1

取黑色素膜放入0.05M硝酸银溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度50W/m²）静置浸泡12h，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，得到Ag/melanin活性基底。

将此Ag/melanin/ITO活性基底用于检测耐尔蓝（NBA）溶液，所得拉曼图谱如图2所示。

实施例2

取黑色素膜放入0.05M氯金酸溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度700W/m²）静置浸泡1h，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面氯金酸溶液，得到Au/melanin活性基底，用于SERS检测。

实施例3

按照图1所示的制备流程工序制备SERS基底，具体如下：

（1）黑色素膜的制备

称取0.0080g（0.04mmol）L-dopa置于电解池中，加入17mLpH=7.50的Tris-HCl缓冲溶液与3mL乙醇混合溶液中，超声分散10min，待其完全分散后获得黑色素前驱体，将其作为电解液。电化学循环伏安法设置参数为：扫描电压为E=-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为75。利用ITO为工作电极、Pt片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，其中Pt片面积比ITO面积大2倍以上，经过电化学沉积之后，用无水乙醇和二次水冲洗melanin膜表面去除未反应的黑色素前驱体溶液，得到melanin/ITO。

采用对所得的黑色素膜截面采用扫描电子显微镜（SEM）观察，结果如图3所示。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.05M硝酸银溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度150W/m²）静置浸泡16h，反应结束后同样用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，得到Ag/melanin/ITO活性基底。

将此Ag/melanin/ITO活性基底用于检测亚甲基蓝（MB）溶液，所得拉曼图谱如图4所示。

实施例4

（1）黑色素膜的制备

称取0.0039gL-dopa置于电解池中，加入17mLpH=7.70的Tris-HCl缓冲溶液与3mL乙醇混合溶液中，超声分散10min，待其完全分散后获得黑色素前驱体，将其作为电解液。电化学循环伏安法设置参数为：扫描电压为E=-0.8V~+0.8V，扫描速率为100mV/s，扫描圈数为75。利用Pt片为工作电极、Pt片为对电极、AgCl/Ag电极为参比电极，其中Pt片面积比ITO面积大2倍以上，经过电化学沉积之后，用无水乙醇和二次水冲洗melanin膜表面去除未反应的黑色素前驱体溶液，得到melanin/ITO。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.001M硝酸银溶液中，模拟太阳光条件下（光照强度900W/m²）静置浸泡9h，反应结束后同样用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，得到Ag/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

实施例5

（1）黑色素膜的制备

称取0.0080gL-dopa置于电解池中，加入17mLpH=8.00的Tris-HCl缓冲溶液与3mL乙醇混合溶液中，超声分散10min，待其完全分散后获得黑色素前驱体，将其作为电解液。电化学循环伏安法设置参数为：扫描电压为E=-1.0V~+1.0V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为75。利用Au片为工作电极、Au片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，其中Au片面积比ITO面积大2倍以上，经过电化学沉积之后，用无水乙醇和二次水冲洗melanin膜表面去除未反应的黑色素前驱体溶液，得到melanin/ITO。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在1M硝酸银溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度700W/m²）静置浸泡10s，反应结束后同样用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，得到Ag/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

实施例6

（1）黑色素膜的制备

称取0.0080g5,6-二乙酰氧基吲哚（DAI）置于电解池中，加入17mLpH=8.50的Tris-HCl缓冲溶液与3mL乙醇混合溶液中，超声分散10min，待其完全分散后获得黑色素前驱体，将其作为电解液。电化学循环伏安法设置参数为：扫描电压为E=-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为75。利用ITO为工作电极、Pt片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，其中Pt片面积比ITO面积大2倍以上，用无水乙醇和二次水冲洗melanin膜表面去除未反应的黑色素前驱体溶液，得到melanin/ITO。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.05M氯金酸溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度500W/m²）静置浸泡10s，反应结束后同样用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面氯金酸溶液，得到Au/melanin/ITO活性基底。

将此Au/melanin/ITO活性基底用于检测对氨基苯硫酚（4-ATP）溶液，所得拉曼图谱如图5所示。

实施例7

（1）黑色素膜的制备

称取0.0080g5,6-二乙酰氧基吲哚（DAI）置于电解池中，加入17mLpH=7.00的磷酸盐缓冲溶液与3mL乙醇混合溶液中，超声分散10min，待其完全分散后获得黑色素前驱体，将其作为电解液。电化学循环伏安法设置参数为：扫描电压为E=-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为75。利用ITO为工作电极、Pt片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，其中Pt片面积比ITO面积大2倍以上，用无水乙醇和二次水冲洗melanin膜表面去除未反应的黑色素前驱体溶液，得到melanin/ITO。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.2M氯金酸溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度700W/m²）静置浸泡1h，反应结束后同样用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面氯金酸溶液，得到Au/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

实施例8

（1）黑色素膜的制备

称取0.0040g5,6-二乙酰氧基吲哚（DAI）置于电解池中，加入17mLpH=7.80的磷酸盐缓冲溶液与3mL乙醇混合溶液中，超声分散10min，待其完全分散后获得黑色素前驱体，将其作为电解液。电化学循环伏安法设置参数为：扫描电压为E=-0.8V~+0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为75。利用ITO为工作电极、Pt片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，其中Pt片面积比ITO面积大2倍以上，用无水乙醇和二次水冲洗melanin膜表面去除未反应的黑色素前驱体溶液，得到melanin/ITO。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.05M氯金酸溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度900W/m²）静置浸泡9h，反应结束后同样用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面氯金酸溶液，得到Au/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

实施例9

（1）黑色素膜的制备

采用实施例3中的制备方法和步骤。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.05M硝酸银溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度900W/m²）静置浸泡1h，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，待其表面干燥后将其再次浸泡在0.05M氯金酸溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度900W/m²）静置浸泡1h，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面氯金酸溶液得到Au/Ag/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

实施例10

（1）黑色素膜的制备

采用实施例3中的制备方法和步骤。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.05M硝酸银溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度900W/m²）静置浸泡30min，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，待其表面干燥后将其再次浸泡在0.05M氯金酸溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度900W/m²）静置浸泡30min，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面氯金酸溶液得到Au/Ag/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

将此Au/Ag/melanin/ITO活性基底用于检测耐尔蓝（NBA）溶液，选取相同的6个Au/Ag/melanin/ITO活性基底，每个基底上测试10个点，分析其重现性，结果如图6所示。

实施例11

（1）黑色素膜的制备

采用实施例8中的制备方法和步骤。

（2）SERS基底的制备

采用实施例9中的制备方法和步骤。

实施例12

（1）黑色素膜的制备

采用实施例3中的制备方法和步骤。

（2）SERS基底的制备

将得到的melanin/ITO直接浸泡在0.05M硝酸银溶液中，模拟太阳光照条件下（光照强度700W/m²）静置浸泡1min，反应结束后用无水乙醇和二次水对其表面进行冲洗去除表面硝酸银溶液，待其表面干燥后得到Ag/melanin/ITO活性基底，用于SERS检测。

将此Ag/melanin/ITO活性基底采用扫描电子显微镜（SEM）表征，结果如图7所示，图中亮度高的纳米粒子是由发射二次电子较强的银原子组成，在黑色素膜表面的银纳米粒子粒径分布范围为5-30nm。另外，图7显示黑色素膜表面是多孔和粗糙的，粗糙度范围为50~100nm。

对比例1

采用和实施例3相同的方法和步骤制备得到melanin/ITO，直接浸泡在0.05M硝酸银溶液中，设置光照条件为0，即在完全黑暗的条件下进行还原，经过静置浸泡16h反应结束后取出，冲洗去除表面硝酸银溶液，得到Ag/melanin/ITO活性基底，如图8。

当无光照条件时，还原出的Ag金属纳米粒子形貌相差较大，同时出现棒状、球状、及多边形颗粒。而在光照条件下还原金属纳米粒子时，还原出的Ag纳米粒子的形貌可控为球形，粒径分布变窄，且随着光照强度的增加，Ag纳米粒子的数量越来越多。因此可通过增加光照及控制光照强度简单方便的改变黑色素膜基底上生成的金属纳米粒子形貌、大小等，避免了要采用其他方法来控制不同的形貌的需求。

对比例2

采用和实施例3相同的方法和步骤制备得到melanin/ITO，分别浸泡在5M的硝酸银溶液中，光照条件下（光照强度500W/m²）静置浸泡30分钟，反应结束后取出，冲洗去除表面硝酸银溶液，得到Ag/melanin/ITO活性基底。将此Ag/melanin/ITO活性基底用于检测耐尔蓝（NBA）溶液，选取相同的7个Au/Ag/melanin/ITO活性基底，每个基底上测试10个点，分析其重现性，结果如图9所示，发现SERS检测的重现性较差。

通过比较还原不同浓度的硝酸银溶液浓度，发现随着硝酸银浓度的提高，还原出的金属纳米粒子的尺寸、形貌和颗粒间距偏离SERS基底的要求。当金属盐溶液浓度超过1M范围时，经过黑色素膜还原的金属纳米粒子存在较大的个体差异性导致均匀性较差，进而导致SERS检测重现性较差，不利于SERS分析检测的应用。

Claims (10)

1.一种制备SERS基底的方法，使用黑色素膜作为SERS基底的关键衬底表面形貌操控层，并利用黑色素还原金属盐溶液生成金属纳米粒子制成SERS基底。

2.如权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，将黑色素膜浸泡在金属盐溶液中，控制光照强度和光照时间得到表面还原有金属纳米颗粒的SERS基底。

3.如权利要求2所述制备SERS基底的方法，其特征在于，将黑色素膜浸泡在0.001M~1M金属盐溶液中，通过控制光照强度和光照时间，光照强度5~900W/m²，光照时间1s~16h，得到表面还原有金属纳米颗粒的SERS基底。

4.如权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，所述黑色素膜通过黑色素膜前驱体合成，所述黑色素膜前驱体为黑色素前驱体、类黑素前驱体以及异黑素前驱体中的一种或几种。

5.如权利要求1或2所述制备SERS基底的方法，其特征在于，所述黑色素膜是采用电化学沉积方法在导电基底上沉积制得黑色素膜。

6.如权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，将黑色素膜浸泡在金属盐溶液中，在黑色素膜表面还原生成金属纳米粒子，制备成SERS基底。

7.如权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，在黑色素膜上还原金属盐溶液的时候，是在黑暗或光照的条件下进行的。

8.如权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，形成的金属纳米粒子为金、银、铜、镍中的一种或者几种。

9.如权利要求1所述制备SERS基底的方法，其特征在于，所述的金属盐溶液中溶质为含金属物质，具体为硝酸盐、硫酸盐、氯化物、氧化物。

10.如权利要求1-9任意一项所述方法制备得到的SERS基底用于痕量物质的检测。