CN106188593B - 一种动态可逆调节的金属手性纳米结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属纳米材料技术领域，具体涉及一种动态可逆调节的金属手性纳米结构及其制备方法。所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后顺时针或逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。本发明的结构中引入了热敏材料，通过调节结构的温度可改变热敏胶体材料厚度，对应金属手性纳米结构整体形状也可以被可逆地调节；本发明的结构仅需要一次制备就可以在一定波段内任意调节种金属手性纳米结构的手性信号响应波段，并且这种调节可以往复循环使用，大大缩减贵金属材料耗费，降低实验成本。

Description

一种动态可逆调节的金属手性纳米结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属纳米材料技术领域，具体涉及一种动态可逆调节的金属手性纳米结构及其制备方法。
背景技术
几何手性指的是结构不能与其镜像结构重合的性质。光学手性即圆二色性指的是：手性结构对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光吸收不同的性质。在自然界中，也有很多手性结构，例如DNA和蛋白质等。通过分析手性分子的圆二色光谱，就可以断定手性分子的化学结构。然而生物分子的圆二色性比较弱，不利于信号检测。由于人工金属手性纳米结构与光有更强烈的相互作用，使其展现更强的圆二色性，并且可以提供手性电磁场增强生物分子手性。这些优势使得人工金属手性纳米结构受到广泛的研究。
目前研究者主要利用在正入射激发光下金属手性纳米结构和在斜入射激发光下的金属非手性纳米结构来实现圆二色，并且其手性信号可由金属手性纳米结构的形状调节。由于只有手性分子信号与金属手性纳米结构响应波段对应，才能实现手性分子信号增强。因此，为了增强不同类型的手性分子检测信号，就需要不同形状的金属手性纳米结构用以产生不同的手性相应波段。然而对于某个金属手性纳米结构来说，一旦制备工艺结束，手性结构形状就被确定，进而其手性响应波段确定。
文献“Y. Wang, J. Deng, G. Wang, T. Fu, Y. Qu, & Z. Zhang, “Plasmonicchirality of L-shaped nanostructure composed of two slices with differentthickness,” Optics express, 24(3), 2307-2317 (2016)”和文献“B. Yeom, H. Zhang,H. Zhang, J. I. Park, K. Kim, A. O. Govorov, and N. A. Kotov, “Chiralplasmonic nanostructures on achiral nanopillars,” Nano Lett. 13(11), 5277–5283 (2013)”通过多次试验制备出不同的金属手性纳米结构。但是，这些实验需要多次制备不同形状的样品，用以满足不同的手性响应频段；在此过程中，多次制备就需要耗费大量的贵金属镀膜材料；这些贵金属，一般为纯度99.99%以上的金或银，造成很高的实验成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种动态可逆调节的金属手性纳米结构及其制备方法。
本发明要解决的技术问题通过以下方案实现：
一种动态可逆调节的金属手性纳米结构，所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后顺时针或逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。
优选地，所述金属材料为金或银。
优选地，所述温敏材料胶体为异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚异丁烯、丁基橡胶中的任一种。
上述任一种动态可逆调节的金属手性纳米结构的制备方法，所述制备方法步骤如下：
步骤1，准备玻璃片a和两片玻璃片b，并清洗干净；
步骤2，将经步骤1清洗过的两片玻璃片b叠起来放入事先准备好的干净的培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步骤3，将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3～7分钟，得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液；
步骤4，将步骤3中得到的聚苯乙烯小球与酒精混合溶液注入到步骤2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜；
步骤5，在步骤4的去离子水液中缓慢注入去离子水，提升去离子水液面；
步骤6，用TX100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯乙烯小球膜；
步骤7，在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯小球膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板；
步骤8，将步骤7中得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基底上，放入真空镀膜机，抽真空；
步骤9，将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后，取出样品，在样品上旋涂一层温敏材料胶体；旋涂完成后，再次放入镀膜机，并顺时针或逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料；
步骤10，冷却仪器，充氮气，取出样品，即制备得到具有动态可逆调节的金属手性纳米结构。
优选地，所述玻璃片a至少为五片，玻璃片a的尺寸为1cm*2cm，玻璃片b的尺寸为1cm*1cm。
优选地，所述步骤1的清洗过程是：将所述玻璃片a和玻璃片b用洗涤剂刷洗干净，放入丙酮超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用。
优选地，所述步骤3中聚苯乙烯小球的直径为380nm，聚苯乙烯小球悬浮液与酒精的体积比为3:1。
优选地，所述步骤9中蒸镀金属材料的厚度为10nm，旋涂温敏材料胶体的厚度d 为20～200 nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1．本发明的结构中引入了热敏材料胶体，通过调节结构的温度可改变热敏胶体材料厚度，进而改变金属手性纳米结构的整体形状。当热敏胶体材料薄膜的温度逐渐变高时，其厚度逐渐地减少/增加；当温度再逐渐降低时，其厚度逐渐地增加/减少。该热敏胶体材料薄膜的厚度随温度变化可以被可逆地调节。因此对应整体的金属手性纳米结构形状也可以被可逆地调节。
2. 本发明的结构仅需要一次制备就可以在一定波段内任意调节种金属手性纳米结构的手性信号响应波段。并且这种调节可以往复循环使用，大大缩减贵金属材料耗费，降低实验成本。
附图说明
图1是本发明的结构镀膜和旋涂过程的步骤示意图。
图2是本发明的结构手性信号随温敏材料胶体厚度变化的光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
一种动态可逆调节的金属手性纳米结构，所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后顺时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。
本实施例中，选用金属材料为金；温敏材料胶体为异丙基丙烯酰胺。
本实施例的具有动态可逆调节的金属手性纳米结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1，准备至少五片1cm*2cm玻璃片a和两片1cm*1cm玻璃片b，并清洗干净，具体清洗过程是：将所述玻璃片a和玻璃片b用洗涤剂刷洗干净，放入丙酮超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用；
步骤2，将经步骤1清洗过的两片玻璃片b叠起来放入事先准备好的干净的培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步骤3，将直径为380nm的聚苯乙烯小球悬浮液与酒精以体积比3:1混合，装入样品管超声3～7分钟，得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液；
步骤4，将步骤3中得到的聚苯乙烯小球与酒精混合溶液注入到步骤2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜；
步骤5，在步骤4的去离子水液中缓慢注入去离子水，提升去离子水液面；
步骤6，用TX100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯
乙烯小球膜；
步骤7，在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯小球膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板；
步骤8，将步骤7中得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基
底上，放入真空镀膜机，抽真空；
步骤9，将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金10nm，金蒸镀完成后，取出样品，在样品上旋涂一层温敏材料异丙基丙烯酰胺100nm；旋涂完成后，再次放入镀膜机，并顺时针旋转基底90°，再次蒸镀金10nm；
步骤10，冷却仪器，充氮气，取出样品，即制备得到具有动态可逆调节的金属手性纳米结构。
实施例2：
一种动态可逆调节的金属手性纳米结构，所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。
本实施例中，选用金属材料为银；温敏材料胶体为聚乙烯。
制备方法与实施例1中的制备方法相同，区别之处仅在于旋涂的温敏材料异丙基丙烯酰胺厚度d为200nm。
实施例3：
一种动态可逆调节的金属手性纳米结构，所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后顺时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。
本实施例中，选用金属材料为金；温敏材料胶体为聚异丁烯。
制备方法与实施例1中的制备方法相同，区别之处仅在于旋涂的温敏材料聚异丁烯厚度d为20nm。
实施例4：
一种动态可逆调节的金属手性纳米结构，所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。
本实施例中，选用金属材料为银；温敏材料胶体为丁基橡胶。
制备方法与实施例1中的制备方法相同，区别之处仅在于旋涂的温敏材料丁基橡胶厚度d为180nm。
图1为本发明的结构镀膜和旋涂过程的步骤示意图。主要分为聚苯乙烯（PS）小球模板制备、镀第一层Ag、旋涂温敏材料和镀第二层Ag四步。
图2为本发明的结构手性信号随温敏材料胶体厚度变化的光谱图。由于控制测量温度可以控制温敏材料胶体厚度，进而调节本发明结构的手性信号响应波段和强度。如图2所示，当受温度控制的温敏材料胶体厚度d从曲线1所示的80%d变化到曲线4所示的180%d时，信号1响应从865 nm波长向短波长移动至840 nm，信号2响应从1020 nm波长向长波长移动至1045 nm。如果再扩大温度范围，两个信号会继续移动。此结果表明，本发明的方法制备的金属手性纳米结构具有动态可逆调节性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的若干简单推演或替换，都应当视为属于发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种动态可逆调节的金属手性纳米结构，其特征在于：所述结构是在聚苯乙烯为基底的模板上蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再旋涂一层温敏材料胶体，旋涂完成后顺时针或逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料制得。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述金属材料为金或银。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述温敏材料胶体为异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚异丁烯、丁基橡胶中的任一种。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述结构用圆二色光谱仪测量其圆二色性，测量时，调节测量温度，直至手性信号光谱响应频段被调节进入目标预期光谱波段。
5.根据权利要求1~4任一种动态可逆调节的金属手性纳米结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
步骤1，准备玻璃片a和两片玻璃片b，并清洗干净；
步骤2，将经步骤1清洗过的两片玻璃片b叠起来放入事先准备好的干净的培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步骤3，将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3～7分钟，得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液；
步骤4，将步骤3中得到的聚苯乙烯小球与酒精混合溶液注入到步骤2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜；
步骤5，在步骤4的去离子水液中缓慢注入去离子水，提升去离子水液面；
步骤6，用TX100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯乙烯小球膜；
步骤7，在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯小球膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板；
步骤8，将步骤7中得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基底上，放入真空镀膜机，抽真空；
步骤9，将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后，取出样品，在样品上旋涂一层温敏材料胶体；旋涂完成后，再次放入镀膜机，并顺时针或逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料；
步骤10，冷却仪器，充氮气，取出样品，即制备得到具有动态可逆调节的金属手性纳米结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述玻璃片a至少为五片，玻璃片a的尺寸为1cm*2cm，玻璃片b的尺寸为 1cm*1cm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1的清洗过程是：将所述玻璃片a和玻璃片b用洗涤剂刷洗干净，放入丙酮超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中聚苯乙烯小球的直径为380nm，聚苯乙烯小球悬浮液与酒精的体积比为3:1。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤9中蒸镀金属材料的厚度为10nm，旋涂温敏材料胶体的厚度d 为20～200 nm。
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