CN106404739A - 一种表面增强拉曼散射基底、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面增强拉曼散射基底、制备方法及其应用。所述制备方法包括：制备葡萄串样纳米粒子；将基片用食人鱼洗液清洗，并以3‑氨丙基三乙氧基硅烷等修饰活性氨基；将修饰后的基片浸泡于所述葡萄串样纳米粒子分散液中，获得表面增强拉曼散射基底。所述基底包括基片以及键接于所述基片上的葡萄串样纳米粒子。本发明制备工艺简单，成本低廉，且制得的基底具有金银合金纳米粒子浓度高，分散性好，适用激发波长宽，灵敏度高，重复性好，表面拉曼增强效应强，综合性能优等优点，可广泛应用于制药、毒品鉴别、生物医学、食品危害因子检测等领域。

Description

一种表面增强拉曼散射基底、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种表面增强拉曼散射基底，具体涉及一种表面增强拉曼散射基底、其制备方法及其应用，属于分析化学技术领域。

背景技术

自Fleishmann在电化学粗糙的银电极表面发现了吡啶的拉曼信号得到极大增强后，金属纳米粒子特异的表面增强光学性质越来越受到人们的高度重视，尤其是金/银纳米粒子的表面增强作用可极大地提高分析检测的灵敏度。金/银纳米粒子内部自由电子在一定频率的外界电磁场作用下规则运动而产生表面等离子体共振，由于等离子体激元局限在一个很小的区域，使得该区域的电场大大增强，利用这种强电场效应，可使许多光学过程的效率得到显著的提高，如表面增强拉曼、表面增强荧光和表面增强红外。贵重金属表面上的拉曼信号增强被称为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)。

一般情况下，SERS可以将拉曼分子的拉曼信号增强106倍，从而实现拉曼光谱的单个分子检测。另外，由于SERS检测能很好的保持样品的原有状态、不受样品机制和背地的影响、图谱峰宽较窄、具有独特的分子指纹图谱、可用于高温、高压环境等特点，目前已广泛用于制药、毒品鉴别、生物医学、食品危害因子检测等领域。

SERS通常使用的基底为金、银或铜的纳米粒子，或者这些材料的粗糙表面，鉴于SERS检测离不开SERS基底，在SERS的应用领域，制备出金银合金纳米粒子浓度高，分散性好，适用波长范围广泛，综合性能优的SERS基底是至关重要的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种金银合金纳米粒子浓度高，分散性好，适用波长范围广泛，综合性能优的表面增强拉曼散射基底及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述表面增强拉曼散射基底的用途，例如，其在制药、毒品鉴别、生物医学、食品危害因子检测中的用途。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种表面增强拉曼散射基底的制备方法，包括以下步骤：

利用3-氨丙基三乙氧基硅烷在基片上修饰活性氨基，之后将所述基片浸泡于葡萄串样纳米粒子分散液中，获得表面增强拉曼散射基底。

在一较佳实施方案之中，该制备方法包括：以蛋白修饰的纳米银三角片作为模板，并以氯金酸作为氧化剂，抗坏血酸作为还原剂，通过伽凡尼取代反应制备葡萄串样纳米粒子。

在一更为优选的实施方案之中，该制备方法具体包括：

(a)将牛血清蛋白加入尺寸为20-25nm的纳米银三角溶液中混合均匀，使形成的混合溶液中牛血清蛋白的浓度为0.1-5mg/mL，且牛血清蛋白与纳米银三角的摩尔比为10:1～40:1，并静置过夜；

(b)向步骤(a)所获混合反应溶液中加入抗坏血酸，使形成的混合物中抗坏血酸的浓度为0.2mM～10mM，之后以0.2mL/min～1.5mL/min的速度注入浓度为0.1mM～0.5mM的HAuCl₄溶液，获得葡萄串样纳米粒子，其粒径为25nm～45nm。

所述葡萄串样纳米粒子(GCNPs)具有比表面积大、吸收光谱宽、分散性良好等特性。

其中，所述纳米银三角可以采用常规方法制备，例如可参考Zhang，Q.；Li，N.；Goebl,J.；Lu，Z.；Yin，Y.J.Am.Chem.Soc.2011，133，18931-18939等文献制备。

优选的，所述基片包括硅片。

更为优选的，该制备方法具体包括：

(a)将硅片先在超纯水中超声10-30min，再在丙酮中超声10-30min，然后将硅片置于新配制的、主要由体积比为3：1的浓硫酸与30wt％的过氧化氢溶液形成的洗液中浸泡2-12h，之后用超纯水、乙醇依次充分冲洗，再氮气吹干；

(b)将经过步骤(a)处理过的硅片置于浓度为10wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡8-24h，之后在乙醇中超声2-6次，再氮气吹干。

在一较佳实施方案之中，将所获葡萄串样纳米粒子分散液浓缩5-20倍，然后将表面修饰有活性氨基的硅片置于浓缩的葡萄串样纳米粒子分散液中浸泡12-36h，获得表面增强拉曼散射基底。

本发明实施例还提供了前述方法制备的表面增强拉曼散射基底，包括：基片以及键接于所述基片上的葡萄串样纳米粒子。

所述表面增强拉曼散射基底材料具有适用激发波长宽、表面拉曼增强效应强等优点。

相应地，本发明实施例还提供了前述表面增强拉曼散射基底在制药、毒品鉴别、生物医学或食品危害因子检测中的用途。

具体的，本发明实施例还提供了一种样品检测方法，其包括：

提供前述表面增强拉曼散射基底；

将待检测样品施加在所述的表面增强拉曼散射基底上，并以拉曼光谱仪进行检测，记录检测结果，实现对样品的检测。

在一更为具体的实施案例之中，所述样品检测方法包括以下具体步骤：

(1)提供一系列不同浓度的标准样品溶液，并以所述标准样品溶液采用的溶剂作为空白对照体系；

(2)分别取所述空白对照体系和所述的一系列不同浓度的标准样品溶液施加在所述表面增强拉曼散射基底上，并通过拉曼光谱仪进行测试，记录检测结果，建立拉曼检测信号强度与标准样品溶液的浓度之间的标准对应曲线；

(3)取待检测样品溶液施加在所述表面增强拉曼散射基底上，并通过拉曼光谱仪进行测试，记录检测结果；

(4)将待检测样品的检测结果与所述标准对应曲线对照，从而计算出待检测样品的浓度。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1.本发明将基片用体积比为3：1的浓硫酸与30wt％的过氧化氢溶液形成的洗液清洗，并用3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰活性氨基，修饰后的基片浸泡于葡萄串样纳米粒子分散液中，获得表面增强拉曼散射基底，制备工艺简单，成本低廉，易于实施；

2.本发明制得的表面增强拉曼散射基底，具有金银合金纳米粒子浓度高，分散性好，适用激发波长宽，灵敏度高，重复性好，表面拉曼增强效应强，综合性能优等优点；

3.本发明制得的表面增强拉曼散射基底可广泛应用于制药、毒品鉴别、生物医学、食品危害因子检测等领域，尤其是在样品浓度检测中，成本低廉，检测精准，灵敏度高。

附图说明

图1是本发明实施例1中纳米银三角片的TEM图；

图2是本发明实施例1中葡萄串样纳米粒子(GCNPs)的TEM图；

图3是本发明实施例1中表面增强拉曼散射基底的SEM图；

图4是本发明实施例1中对巯基苯胺表面拉曼增强效应分析曲线图；

图5a、图5b分别为本发明实施例2中应用本发明制备的表面增强拉曼散射基底检测福美双溶液的拉曼光谱图以及标准对应曲线。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供了一种表面增强拉曼散射基底的制备方法，包括以下步骤：

利用3-氨丙基三乙氧基硅烷在基片上修饰活性氨基，之后将所述基片浸泡于葡萄串样纳米粒子分散液中，获得表面增强拉曼散射基底。

在一较佳实施方案之中，该制备方法包括：以蛋白修饰的纳米银三角片作为模板，并以氯金酸作为氧化剂，抗坏血酸作为还原剂，通过伽凡尼取代反应制备葡萄串样纳米粒子。

在一更为优选的实施方案之中，该制备方法具体包括：

(a)将牛血清蛋白加入尺寸为20-25nm的纳米银三角溶液中混合均匀，使形成的混合溶液中牛血清蛋白的浓度为0.1-5mg/mL，且牛血清蛋白与纳米银三角的摩尔比为10:1～40:1，并静置过夜；

(b)向步骤(a)所获混合反应溶液中加入抗坏血酸，使形成的混合物中抗坏血酸的浓度为0.2mM～10mM，之后以0.2mL/min～1.5mL/min的速度注入浓度为0.1mM～0.5mM的HAuCl₄溶液，获得葡萄串样纳米粒子，其粒径为25nm～45nm。

所述葡萄串样纳米粒子(GCNPs)具有比表面积大、吸收光谱宽、分散性良好等特性。

其中，所述纳米银三角可以采用常规方法制备，例如可参考Zhang，Q.；Li，N.；Goebl,J.；Lu，Z.；Yin，Y.J.Am.Chem.Soc.2011，133，18931-18939等文献制备。

优选的，所述基片包括硅片。

更为优选的，该制备方法具体包括：

(a)将硅片切成1-3cm*1-3cm的碎片，先在超纯水中超声10-30min，再在丙酮中超声10-30min，然后将硅片置于新配制的、主要由体积比为3：1的浓硫酸与30wt％的过氧化氢溶液形成的洗液中浸泡2-12h，之后用超纯水、乙醇依次充分冲洗，再氮气吹干；

(b)将经过步骤(a)处理过的硅片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量浓度为10％的乙醇溶液中浸泡8-24h，之后在乙醇中超声2-6次，再氮气吹干。

在一较佳实施方案之中，将所获葡萄串样纳米粒子分散液浓缩5-20倍，然后将表面修饰有活性氨基的硅片置于浓缩的葡萄串样纳米粒子分散液中浸泡12-36h，获得表面增强拉曼散射基底。

本发明实施例还提供了前述方法制备的表面增强拉曼散射基底，包括：基片以及键接于所述基片上的葡萄串样纳米粒子。

所述表面增强拉曼散射基底材料具有适用激发波长宽、表面拉曼增强效应强等优点。

相应地，本发明实施例还提供了前述表面增强拉曼散射基底在制药、毒品鉴别、生物医学或食品危害因子检测中的用途。

具体的，本发明实施例还提供了一种样品检测方法，其包括：

提供前述表面增强拉曼散射基底；

将待检测样品施加在所述的表面增强拉曼散射基底上，并以拉曼光谱仪进行检测，记录检测结果，实现对样品的检测。

在一更为具体的实施案例之中，所述样品检测方法包括以下具体步骤：

(1)提供一系列不同浓度的标准样品溶液，并以所述标准样品溶液采用的溶剂作为空白对照体系；

(2)分别取所述空白对照体系和所述的一系列不同浓度的标准样品溶液施加在所述表面增强拉曼散射基底上，并通过拉曼光谱仪进行测试，记录检测结果，建立拉曼检测信号强度与标准样品溶液的浓度之间的标准对应曲线；

(3)取待检测样品溶液施加在所述表面增强拉曼散射基底上，并通过拉曼光谱仪进行测试，记录检测结果；

(4)将待检测样品的检测结果与所述标准对应曲线对照，从而计算出待检测样品的浓度。

在一更为具体的实施案例之中，所述样品检测方法包括以下具体步骤：

(1)以甲醇作为溶剂配置一系列不同浓度的福美双标准溶液，并以甲醇作为空白对照体系；

(2)分别取空白对照体系以及福美双标准溶液各5-20μL，滴加在所述表面增强拉曼散射基底上，然后设定拉曼光谱仪的参数，测定福美双标准溶液于1377cm^-1处特征吸位移处的表面增强拉曼散射峰强度值为I，同时测定空白对照体系的表面增强拉曼散射峰强度值为I₀，计算得ΔI＝I-I₀；

(3)以ΔI与相应的福美双标准溶液的浓度关系，建立拉曼强度与福美双标准溶液之间的标准对应曲线；

(4)以甲醇为溶剂配置未知浓度的待检测样品，取待检测样品5-20μL，滴加在所述表面增强拉曼散射基底上，然后设定拉曼光谱仪的参数，测定待检测样品于1377cm^-1处特征吸位移处的表面增强拉曼散射峰强度值为I_样品，计算得ΔI_样品＝I_样品-I₀；

(5)将待检测样品的ΔI_样品与所述标准对应曲线对照，从而计算出待检测样品中福美双的浓度。

以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

下述实施例中，如无特殊说明所用方法均为常规方法。

实施例1

表面增强拉曼散射基底的制备

(1)葡萄串样纳米粒子(GCNPs)的制备：

(a)纳米银三角的制备：将包含有400μL，0.01M的硝酸银溶液，600μL，0.1M的柠檬酸三钠溶液，96μL，30wt％的H₂O₂的40mL水溶液体系，于室温下强力搅拌10min，然后，快速注入400μL，0.1M的硼氢化钠溶液；纳米银三角片的TEM图如图1所示；

(b)将200μL，10mg/mL的牛血清蛋白溶液加入到纳米银三角胶体溶液中，混合均匀，并静置过夜；

(c)取8.2mL上述混合溶液，加入825μL，0.015M的L-抗坏血酸，再将10mL，0.08mM的HAuCl₄以1mL/min的速度注射加入，得到葡萄串样纳米粒子(GCNPs)。

制得的葡萄串样纳米粒子(GCNPs)的TEM图如图2所示。

(2)硅片处理：

(a)将硅片切成1cm*1cm碎片，置于在超纯水中超声15min，接着浸在丙酮中超声15min。然后将硅片置于新配置的食人鱼洗液(浓硫酸：30wt％过氧化氢体积比为3：1)中浸泡3h，再用超纯水充分冲洗，随后用乙醇冲洗，氮气吹干；

(b)将上述处理过的硅片浸泡在10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)乙醇溶液中12h，用乙醇超声3次，最后用氮气吹干。

(3)硅片吸附GCNPs：

将按照步骤(1)制备的GCNPs溶液浓缩10倍，将步骤(2)处理过的硅片浸泡在浓缩后的GCNPs溶液中24h，即获得表面增强拉曼散射基底，其SEM图如图3所示。

(4)基底的表面拉曼增强效应分析：

配置不同浓度的对巯基苯胺(4-ATP)乙醇溶液；取10μL的4-ATP溶液滴加在上述的GCNPs修饰的基底上，在拉曼光谱仪上，扫描其表面增强拉曼光谱强度，结果如图4所示。

实施例2

待检测样品中福美双浓度的检测

(1)用甲醇配置一系列不同浓度的福美双标准溶液；

(2)以甲醇作为空白对照体系；

(3)分别取空白对照体系以及福美双标准溶液各10μL滴加在实施例1制备的表面增强拉曼散射基底上，在拉曼光谱仪上，设定仪器参数，扫描获得表面增强拉曼光谱，测定福美双标准溶液在1377cm^-1处的表面增强拉曼散射峰强度值为I，同时测定空白对照体系的表面增强拉曼散射峰强度值为I₀，计算ΔI＝I-I₀；

(4)以ΔI对福美双标准溶液的浓度关系作出标准对应曲线，如图5a与图5b所示；

(5)将待检测样品分析溶液按步骤(3)的方法测定待检测样品分析溶液的表面增强拉曼散射峰强度值为I_样品，计算得ΔI_样品＝I_样品-I₀；

(6)依据步骤(4)的标准对应曲线，即计算出待检测样品中福美双的浓度。

综上所述，藉由本发明的技术方案，将基片用体积比为3：1的浓硫酸与30wt％的过氧化氢的洗液清洗，并用3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰活性氨基，修饰后的基片浸泡于葡萄串样纳米粒子分散液中，获得表面增强拉曼散射基底，制备工艺简单，成本低廉，易于实施；制得的基底具有金银合金纳米粒子浓度高，分散性好，适用激发波长宽，灵敏度高，重复性好，表面拉曼增强效应强，综合性能优等优点；可广泛应用于制药、毒品鉴别、生物医学、食品危害因子检测等领域，尤其是在样品浓度检测中，成本低廉，检测精准，灵敏度高。

应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于包括：利用3-氨丙基三乙氧基硅烷在基片上修饰活性氨基，之后将所述基片浸泡于葡萄串样纳米粒子分散液中，获得表面增强拉曼散射基底。

2.根据权利要求1所述的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于包括：以蛋白修饰的纳米银三角片作为模板，并以氯金酸作为氧化剂，抗坏血酸作为还原剂，通过伽凡尼取代反应制备葡萄串样纳米粒子。

3.根据权利要求2所述的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于具体包括：

(a)将牛血清蛋白加入尺寸为20-25nm的纳米银三角溶液中混合均匀，使形成的混合溶液中牛血清蛋白的浓度为0.1-5mg/mL，且牛血清蛋白与纳米银三角的摩尔比为10:1～40:1，并静置过夜；

(b)向步骤(a)所获混合反应溶液中加入抗坏血酸，使形成的混合物中抗坏血酸的浓度为0.2mM～10mM，之后以0.2mL/min～1.5mL/min的速度注入浓度为0.1mM～0.5mM的HAuCl₄溶液，获得葡萄串样纳米粒子，其粒径为25nm～45nm。

4.根据权利要求1所述的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于，所述基片包括硅片。

5.根据权利要求4所述的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于包括：

(a)将硅片先在超纯水中超声10-30min，再在丙酮中超声10-30min，然后将硅片置于新配制的、主要由体积比为3：1的浓硫酸与30wt％的过氧化氢溶液形成的洗液中浸泡2-12h，之后用超纯水、乙醇依次充分冲洗，再氮气吹干；

(b)将经过步骤(a)处理过的硅片置于浓度为10wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡8-24h，之后在乙醇中超声2-6次，再氮气吹干。

6.根据权利要求5所述的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于包括：将表面修饰有活性氨基的硅片置于浓缩的葡萄串样纳米粒子分散液中浸泡12-36h，获得表面增强拉曼散射基底。

7.由权利要求1-6中任一项所述方法制备的表面增强拉曼散射基底，其特征在于包括基片以及键接于所述基片上的葡萄串样纳米粒子。

8.如权利要求7所述表面增强拉曼散射基底在制药、毒品鉴别、生物医学或食品危害因子检测中的用途。

9.一种样品检测方法，其特征在于包括：

提供权利要求7所述的表面增强拉曼散射基底；

将待检测样品施加在所述的表面增强拉曼散射基底上，并以拉曼光谱仪进行检测，记录检测结果，实现对样品的检测。

10.根据权利要求9所述的样品检测方法，其特征在于包括以下具体步骤：

(1)提供一系列不同浓度的标准样品溶液，并以所述标准样品溶液采用的溶剂作为空白对照体系；

(2)分别取所述空白对照体系和所述的一系列不同浓度的标准样品溶液施加在所述表面增强拉曼散射基底上，并通过拉曼光谱仪进行测试，记录检测结果，建立拉曼检测信号强度与标准样品溶液的浓度之间的标准对应曲线；

(3)取待检测样品溶液施加在所述表面增强拉曼散射基底上，并通过拉曼光谱仪进行测试，记录检测结果；

(4)将待检测样品的检测结果与所述标准对应曲线对照，从而计算出待检测样品的浓度。