CN109765650A - 一种基于光盘的光栅结构制备sers活性基底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SERS活性基底的制备领域，公开了一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法。通过在光盘的光栅结构上进行喷墨印刷以制备SERS活性基底。本发明的有益效果在于，通过喷墨印刷技术能够精确地在光盘的预定义区域中进行油墨印刷，不仅能够实现控制油墨的用量，减少了油墨浪费，且能够生产出重复率较高的SERS基底。

Description

一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法

技术领域

本发明涉及SERS活性基底的制备领域，具体地涉及一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法。

背景技术

SERS为Surface-enhanced Raman Scattering的英文缩写，指表面增强拉曼散射。SERS是目前一种先进的表面分析技术，拉曼光谱是一种散射光谱，但检测物分子的普通拉曼散射信号一般较微弱，通过此技术可以极大的提高吸附在金属表面或附近分子的拉曼散射信号。具体来说，SERS技术是指当待测分子吸附在一些特殊制备的金属(如金、银等)纳米结构表面或溶胶中，其拉曼信号可以被极大提高。可以增强待测物拉曼信号的金属纳米结构则被称为SERS活性基底。SERS技术由于其快速准确、灵敏度高、选择性好、最低样品制备要求等特点，在生物传感、环境检测、食品安全监测等领域中有着广泛的应用前景，成为当前的研究热点之一。而利用SERS技术作为一种常规分析和诊断工具所面临的一个主要挑战是如何制备出均匀、可重复性好、稳定性高的SERS活性基底。

目前，常用的制备SERS活性基底的手段主要有模板法、光刻技术、分子自组装、化学氧化/还原法等。但上述制备方法均存在不同的缺陷，如化学氧化/还原法、电化学法、分子自组装法等方法制备的SERS活性基底虽然增强效果好，但基底的重复性较差，不同位点间增强效应的差别甚至可以达到几个数量级，从而影响检测结果的一致性及有效性；而真空镀膜法、纳米平板印刷法、电子束光刻法等方法制备的SERS活性基底通常需要使用大型并且价格昂贵的仪器设备，制备过程耗时费力，因而制备得到的SERS活性基底价格昂贵，较难实现批量化生产。例如目前已经商业化的SERS活性基底，如杭州谱镭光电技术有限公司生产的Q-SERS芯片，其有效面积为5mm×5mm，售价为400元/片；雷尼绍诊断技术公司生产的Klarite SERS芯片，其有效面积为4mm×4mm，售价高达650元/片。

现有技术中制备SERS活性基底的方法存在不能制备出兼顾高灵敏、均匀、可重复、稳定的SERS活性基底的不足。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法。

本发明的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，包括下列步骤：

S1：通过机械剥离除去光盘表面的保护层以暴露所述光盘的光栅结构，用清洗液清洗所述光栅结构后使所述光栅结构自然干燥，将所述光盘放置于操作平台上；

S2：将超声震荡后的油墨装入所述操作平台上的微量滴定板中；

S3：通过所述操作平台的电脑输入面积及形状的数据，喷墨印刷后在所述光盘上形成的SERS活性基底的面积、形状根据输入的数据确定；

S4：在所述操作平台上安装点胶机，所述点胶机包括分配器，在喷墨印刷前加载并且校准所述分配器，所述分配器的尖端为喷嘴，所述喷嘴进行喷墨印刷时不接触所述光栅结构和所述光栅结构上的油墨；

S5：通过所述操作平台控制所述点胶机的分配器负载所述微量滴定板中的油墨，负载后的所述点胶机移动到所述光栅结构上方将所述油墨喷墨印刷在所述光栅结构上以形成金属纳米结构，之后循环负载、喷墨印刷的步骤；

S6：喷墨印刷结束后，将所述光盘上的所述金属纳米结构进行干燥处理以完成SERS活性基底的制备。

优选的，步骤S1中所述的清洗液为去离子水。

优选的，步骤S2中的所述油墨为银油墨或者金油墨，所述油墨的粘度小于450cP并且所述油墨的沉积量不小于0.6pL。

优选的，步骤S3中输入的数据形状为正方形，面积不大于5mm×5mm。

优选的，在步骤S4后，校准所述光栅结构的表面倾斜度，再进行步骤S5。

优选的，步骤S4中，所述操作平台上设置有图像传感器，所述图像传感器对准所述喷嘴。

优选的，步骤S4中的所述分配器为中空的锥形玻璃管，所述喷嘴的内径为10至50μm。

优选的，步骤S5中所述油墨喷墨印刷的高度为1至2m m，速度为600至10000μm/s。

优选的，步骤S6的干燥处理在烘干箱中进行，干燥时间为30分钟至60分钟，干燥温度为80至120℃。

优选的，步骤S1中的所述光盘为CD-R、BD-R或者DVD中的任意一种。

通过上述技术方案，本发明的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法的有益效果在于：

1、光盘价格便宜，SERS活性基底的制作工艺简单，且光盘具有均匀的光栅结构，能够产生场增强效应使局部电磁场的能量汇集、放大，在进行表面分析时显示出优异的SERS性能。

2、通过操作平台控制分配器进行喷墨印刷，保证了油墨的可靠分配既保证了SERS活性基底的表面平整度，从而使SERS信号的均匀性得到保证。

3、喷墨印刷时分配器的喷嘴与光盘的光栅结构之间没有物理接触，有效的降低了SERS活性基底的污染，使得SERS活性基底的沉积变异性低至10％左右。

4、光盘的光栅结构能够根据需求裁剪成所需尺寸，便于保存与运输，可满足样品快速分析的需要，也能够满足在实验室以外的现场进行SERS检测的便利性。

附图说明

图1是本发明的纳米银光栅结构基底一种实施方式的制备示意图；

图2a是本发明的光盘光栅的光学显微镜照片；

图2b是喷墨印刷后纳米银光栅结构的光学显微镜照片；

图3a是本发明光盘光栅的原子力显微镜图；

图3b是喷墨印刷后纳米银光栅结构的原子力显微镜图；

图4是在本发明制备的纳米银光栅结构表面吸附不同浓度R6G水溶液的SERS光谱；

图5是本发明制备的纳米银光栅的稳定性和重复性的跟踪测试结果：存放一个月后再次测得的SERS光谱；

图6a是本发明制备的纳米银光栅结构的均匀性的表征结果：特征峰611cm-1处的mapping图(SWIFT快扫模式，用时2min，采集数据点共2500个，相对标准偏差为8.35％)；

图6b是本发明制备的纳米银光栅结构的均匀性的表征结果：特征峰611cm-1处的峰强分布柱状图(SWIFT快扫模式，用时2min，采集数据点共2500个，相对标准偏差为8.35％)。

附图标记说明

1、光盘 2、操作平台 3、油墨

4、微量滴定板 5、点胶机 6、分配器

7、喷嘴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词通常是指参考附图所示方位。

目前，经过研究表明，通常在光盘上均会覆盖有金、银等金属的周期性螺旋数据轨道，现有技术中已经有研究人员利用CD-R、BD-R或者DVD等光盘的光栅结构作为衬底，通过磁控溅射、微接触印刷技术、电泳沉积纳米粒子等方法制备出了SERS活性基底。因此，证明了能够基于光盘的光栅结构制备出SERS活性基底。

根据本发明的一个方面，请参考图1至图3b所示，提供了一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，所述光盘1可以采用现有技术中可获得的普通商业化的光盘，包括但不限于CD-R、BD-R、DVD等。制备的具体方法包括下列步骤：S1：剥离除去光盘1表面的保护层以暴露所述光盘的光栅结构，剥离的方法可采用现有技术中的任何剥离方法，优选的，通过机械剥离以暴露光盘的光栅结构，机械剥离在现有的剥离技术中具有简单、便利的优点。之后用清洗液清洗所述光栅结构后使所述光栅结构自然干燥，将所述光盘1放置于操作平台2上，优选的，所述的清洗液为去离子水，以去除机械剥离后所述光栅结构上残留的杂质。所述操作平台2可以采用现有技术中的微电子喷墨印刷仪器，如已经商业化的型号为SonoPlot GIX Microplotter II的微电子喷墨印刷仪器。

S2：将油墨3进行超声震荡，如超声震荡10分钟左右，使得油墨3中不存在沉淀物且油墨3混合均匀，优选的，所述油墨3采用银油墨或者金油墨，以在制备过程中形成金属纳米结构，所述油墨3的粘度小于450cP并且所述油墨的沉积量不小于0.6pL，以保证制备后的SERS活性基底的性能较佳，并且方便在制备完成后对制备仪器进行清洗。之后将超声震荡后的油墨3装入所述操作平台上2固定的微量滴定板4中，优选的，可以采用一次性注射器将超声震荡后的油墨3装入微量滴定板4中。

S3：通过所述操作平台2的电脑输入面积及形状的数据，以使喷墨印刷后在所述光盘1上形成的SERS活性基底的面积、形状能够根据输入的数据确定，在输入数据时，绘制的图形形状包括但不限于点、线、圆弧、圆、面等，图形的大小根据实际需求设置。优选的，输入的数据形状为正方形，并且面积不大于5mm×5mm，以使制备完成后在光盘1上能够形成数个排列整齐的SERS活性基底。输入数据时，可以采用现有技术中能够实现数据输入功能的软件，如SonoDraw软件等。

S4：在所述操作平台上安装点胶机5，点胶机5可以采用现有技术中能够实现自动化操作的点胶机，所述点胶机5包括分配器6，所述分配器6靠近所述光栅结构的一端为喷嘴7，在喷墨印刷前加载并且校准所述分配器6，保证所述分配器6的喷嘴7在进行喷墨印刷时不会与所述光栅结构和所述光栅结构上的油墨3有直接的物理接触，使得油墨3能够以流体喷射的形式喷射到光栅结构表面，有效的降低了制备过程中对SERS活性基底产生的污染；优选的，步骤S4中的所述分配器6采用中空的锥形玻璃管，所述分配器6的尖端为喷嘴7，所述喷嘴7的内径为10至50μm。喷墨印刷时的油墨3分配强度与喷射强度所选择的数值须与分配器6的喷嘴7的内径相适应。更进一步地说，在步骤S4后，通过所述分配器6校准所述光栅结构的表面倾斜度，再进行步骤S5，以保证后续步骤中喷墨印刷时的一致性，从而保证了SERS活性基底的均匀性。另外，在步骤S4中，所述操作平台2上还可以设置有图像传感器，所述图像传感器对准所述喷嘴7，所述图像传感器可以采用CCD摄影机，通过图像传感器能够在制备过程中实时并且及时的观察喷墨图案，便于较好地控制油墨的聚集和分布，有效提高制备出的SERS活性基底的均匀性和可重复性。

S5：在完成上述准备步骤后，通过所述操作平台2控制所述点胶机5的分配器6负载所述微量滴定板4中的油墨3，负载后的所述点胶机5移动到所述光栅结构上方将所述油墨3喷墨印刷在所述光栅结构上以形成金属纳米结构，之后循环负载、喷墨印刷的步骤，优选的，所述油墨3喷墨印刷的高度为1至2μm，速度为600至10000μm/s。

S6：喷墨印刷结束后，将所述光盘1上的所述金属纳米结构进行干燥处理以完成SERS活性基底的制备，干燥处理的步骤在烘干箱中进行，干燥时间为30分钟至60分钟，干燥温度为80至120℃。最后，根据需求将所述光盘裁剪成所需尺寸，密封保存。

再请参考图4至图6b所示。本发明的一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，经过试验证明，通过喷墨印刷技术能够精确地在光盘的预定义区域中进行油墨印刷，不仅能够实现控制油墨的用量，减少了油墨浪费，且能够生产出重复率较高的SERS基底。另一方面，以R6G为探针分子验证所得SERS活性基底具有良好的均匀性、重复性以及稳定性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1：通过机械剥离除去光盘(1)表面的保护层以暴露所述光盘(1)的光栅结构，用清洗液清洗所述光栅结构后使所述光栅结构自然干燥，将所述光盘(1)放置于操作平台(2)上；

S2：将超声震荡后的油墨(3)装入所述操作平台(2)上的微量滴定板(4)中；

S3：通过所述操作平台(2)的电脑输入面积及形状的数据，喷墨印刷后在所述光盘(1)上形成的SERS活性基底的面积、形状根据输入的数据确定；

S4：在所述操作平台(2)上安装点胶机(5)，所述点胶机(5)包括分配器(6)，在喷墨印刷前加载并且校准所述分配器(6)，所述分配器(6)的尖端为喷嘴(7)，所述喷嘴(7)进行喷墨印刷时不接触所述光栅结构和所述光栅结构上的油墨(3)；

S5：通过所述操作平台(2)控制所述点胶机(5)的分配器负载所述微量滴定板(4)中的油墨(3)，负载后的所述点胶机(5)移动到所述光栅结构上方将所述油墨(3)喷墨印刷在所述光栅结构上以形成金属纳米结构，之后循环负载、喷墨印刷的步骤；

S6：喷墨印刷结束后，将所述光盘(1)上的所述金属纳米结构进行干燥处理以完成SERS活性基底的制备。

2.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S1中所述的清洗液为去离子水。

3.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S2中的所述油墨(3)为银油墨或者金油墨，所述油墨(3)的粘度小于450cP并且所述油墨的沉积量不小于0.6pL。

4.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S3中输入的数据形状为正方形，面积不大于5mm×5mm。

5.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，在步骤S4后，校准所述光栅结构的表面倾斜度，再进行步骤S5。

6.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S4中，所述操作平台(2)上设置有图像传感器，所述图像传感器对准所述喷嘴(7)。

7.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S4中的所述分配器(6)为中空的锥形玻璃管，所述喷嘴(7)的内径为10至50μm。

8.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S5中所述油墨(3)喷墨印刷的高度为1至2μm，速度为600至10000μm/s。

9.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S6的干燥处理在烘干箱中进行，干燥时间为30分钟至60分钟，干燥温度为80至120℃。

10.根据权利要求1所述的基于光盘的光栅结构制备SERS活性基底的方法，其特征在于，步骤S1中的所述光盘(1)为CD-R、BD-R或者DVD中的任意一种。