CN111879754B - 用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥sers衬底的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光拉曼光谱和病毒检测技术领域，具体涉及一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法。包括如下步骤：S1、将基底的两个相对端向着背离纳米锥阵列的面光滑弯曲5‑30度；S2、保持基底的弯曲状态，将贵金属纳米锥SERS衬底置于新型冠状病毒的环境中进行捕捉收集；S3、将弯曲的基底放平，然后将基底的两个相对端向着纳米锥阵列所在的面弯曲5‑30度。本发明的使用方法只需要在捕获时将贵金属纳米锥SERS衬底进行弯曲，纳米锥呈现“张开”状态，进行取样时冠状病毒进入纳米锥间隙；取样结束后，再将衬底反向弯曲，纳米锥处于“关闭”状态，从而将冠状病毒捕捉，为后期的SERS检测提供稳定可靠的拉曼信号。
Description
技术领域
本发明涉及激光拉曼光谱和病毒检测技术领域，具体涉及一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法。
背景技术
人感染新冠病毒后的症状主要为发热、咳嗽、气促和呼吸困难，严重者可导致肾衰竭甚至死亡。在新冠疫苗研发成功之前，对疑似和确诊患者进行物理隔离，是防止疫情进一步恶化的有效途径。因此，从人群中快速筛查已感染新冠肺炎的病患，显得尤为重要。目前，可用的确诊手段主要是基于反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)的检测试剂盒，不仅诊断流程复杂耗时(单次检测约3小时)，而且由于试剂盒灵敏度欠佳，具有较高的假阴性率。因此，为了有效阻断新型冠状病毒的传播，亟需发展一种新型的现场快速检测技术。
基于表面增强拉曼散射(SERS)技术的检测芯片，具有小尺寸、非接触式等优点，且具有极高的检测灵敏度(单分子水平)。同时，随着便携式激光拉曼光谱仪的小型化，SERS已发展成为一种快速、痕量、无损的现场检测技术。目前，基于SERS技术识别和检测DNA、RNA、生物毒素、病毒细胞等生物样本已有较多的研究报道。而传统的固态SERS衬底，在成型后即具有确定的表面形态和微结构，在对病毒进行捕捉时，捕捉效率较低，造成检测所需的特征拉曼信号强度较弱。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法。
为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法，包括如下步骤：
S1、将贵金属纳米锥SERS衬底中基底的两个相对端向着背离纳米锥阵列所在的面光滑弯曲5-30度；
S2、保持基底的弯曲状态，将贵金属纳米锥SERS衬底置于新型冠状病毒的环境中进行捕捉收集；
S3、将弯曲的基底放平，然后将基底的两个相对端向着纳米锥阵列所在的面弯曲5-30度，使用激光拉曼光谱仪进行检测。
作为用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法进一步的改进：
优选的，所述纳米锥阵列包括若干个不同直径的纳米锥环，所述纳米锥环由多个纳米锥以垂直于基底的纳米锥为中心周向环绕排列而成，所述纳米锥的中轴线与基底之间所成夹角α为30-90度，所述夹角α从内圈纳米锥环到外圈纳米锥环逐渐减小，所述纳米锥的高度为200-300nm、根部直径为50-300nm、锥体针尖直径为20-50nm、顶锥角为10-60度，相邻纳米锥之间的间距为80-150nm。
优选的，所述基底和纳米锥阵列的材料为聚酰亚胺、聚乙烯对苯二甲酸酯中的一种。
优选的，所述贵金属薄膜由尺寸为10-30nm贵金属纳米颗粒堆积而成。
所述贵金属纳米锥SERS衬底的制备方法如下：
S11、通过自组装的方法，在基底的表面覆盖单层的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球的直径为80-150nm；
S12、将覆盖聚苯乙烯微球的基底放置于反应离子刻蚀装置中，采用六氟化硫为反应气体，在气体流速10-50sccm、腔体压强5-20帕、刻蚀功率100-250瓦的条件下对聚苯乙烯微球所在的基底面进行反应离子刻蚀，至基底的表面形成纳米锥且聚苯乙烯微球彻底被去除；
S13、通过磁控溅射方法在纳米锥所在的基底表面沉积贵金属纳米颗粒，形成贵金属薄膜，即制得用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底。
作为贵金属纳米锥SERS衬底的制备方法进一步的改进：
优选的，在步骤S12中将基底进行反应离子刻蚀前，先将基底的两个相对边或者四周向着聚苯乙烯微球所在面的中心处光滑弯曲5-30度，然后保持弯曲状态，至步骤S13中形成贵金属薄膜后再将基底放平。
本发明相比现有技术的有益效果在于：
1)本发明公开了一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法。在采用SERS技术检测冠状病毒的应用中，如何将病毒高效、牢固的捕捉在检测芯片的表面是获得稳定拉曼检测信号的核心关键。现有技术将贵金属纳米锥SERS衬底用于捕获病毒时，通常只是将衬底平放于病毒环境中进行捕获，由于纳米锥的角度一致、纳米锥之间的间隙大小一致，在病毒的浓度较低时，易因捕获量不足或者捕获后病毒的转移，造成检测结果的误差；本发明的使用方法只需要在捕获时将贵金属纳米锥SERS衬底进行弯曲，纳米锥呈现“张开”状态，进行取样时冠状病毒进入纳米锥间隙；取样结束后，再将衬底反向弯曲，纳米锥处于“关闭”状态，从而将冠状病毒捕捉，从而为后期的SERS检测提供稳定可靠的拉曼信号。
2)本发明公开了一种制备贵金属纳米锥SERS衬底的制备方法，该制备方法包括在衬底上覆盖单层的聚苯乙烯微球模板、反应离子刻蚀、磁控溅射贵金属薄膜即制得贵金属纳米锥SERS衬底；本发明还公开了改进的制备贵金属纳米锥SERS衬底的方法，在反应离子刻蚀前将基底向聚苯乙烯微球模板所在面的中心弯曲，保持弯曲状态，磁控溅射贵金属薄膜后将基底放平，即制得具有不同张开角度和方向的纳米锥的贵金属纳米锥SERS衬底。
附图说明
图1是本发明实施例1中用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的制备方法流程图，及该SERS衬底的使用方法流程图。
图2是本发明实施例2中用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的制备方法流程图；
图3为实施例1、2制备的样品在不同条件下进行拉曼光谱表征的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1、通过自组装的方法，在基底的表面覆盖单层的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球的直径为100nm，同一批次的聚苯乙烯微球直径高度一致且粒径标准偏差小于5％；
S2、将覆盖聚苯乙烯微球的基底放置于反应离子刻蚀装置中，采用六氟化硫为反应气体，在气体流速30sccm、腔体压强15帕、刻蚀功率150瓦的条件下对聚苯乙烯微球所在的基底面进行反应离子刻蚀，至基底的表面形成纳米锥且聚苯乙烯微球彻底被去除；
S3、通过磁控溅射方法在纳米锥所在的基底表面沉积贵金属纳米颗粒，形成贵金属薄膜，即制得贵金属纳米锥SERS衬底样品1，其制备流程如图1所示。
实施例2
S1、通过自组装的方法，在基底的表面覆盖单层的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球的直径为100nm，同一批次的聚苯乙烯微球直径高度一致且粒径标准偏差小于5％；
S2、将基底的两个相对边向着聚苯乙烯微球所在面的中心处光滑弯曲20度，然后将弯曲的基底放置于反应离子刻蚀装置中；
S3、采用六氟化硫为反应气体，在气体流速30sccm、腔体压强15帕、刻蚀功率150瓦的条件下对聚苯乙烯微球所在的基底面进行反应离子刻蚀，至基底的表面形成纳米锥且聚苯乙烯微球彻底被去除；
S4、保持基底的弯曲状态，通过磁控溅射方法在纳米锥所在的基底表面沉积贵金属纳米颗粒，形成贵金属薄膜，然后将弯曲的基底放平，即制得贵金属纳米锥SERS衬底样品2，其制备流程如图2所示。
实施例3
将10微克直径为100nm的聚苯乙烯胶体微球以100sccm的气体流速吹出，采用实施例1制得的贵金属纳米锥SERS衬底样品1平放进行捕捉收集，流水冲洗10秒钟后进行拉曼光谱表征，如图3的曲线1所示；
将10微克直径为100nm的聚苯乙烯胶体微球以100sccm的气体流速吹出，采用实施例1制得的贵金属纳米锥SERS衬底样品1，将样品1基底的两个相对端向着背离纳米锥阵列所在的面光滑弯曲20度，保持弯曲的状态，进行捕捉收集，将弯曲的基底放平，然后将基底的两个相对端向着纳米锥阵列所在的面弯曲20度，流水冲洗10秒钟后进行拉曼光谱表征，如图3的曲线2所示；
将10微克直径为100nm的聚苯乙烯胶体微球以100sccm的气体流速吹出，采用实施例2制得的贵金属纳米锥SERS衬底样品2，将样品2基底的两个相对端向着背离纳米锥阵列所在的面光滑弯曲20度，保持弯曲的状态，进行捕捉收集，将弯曲的基底放平，然后将基底的两个相对端向着纳米锥阵列所在的面弯曲20度，流水冲洗10秒钟后进行拉曼光谱表征，如图3的曲线3所示；
由3的拉曼光谱图可以看出，拉曼光谱曲线2比曲线1具有更强的特征峰，说明实施例1制得的贵金属纳米锥SERS衬底在捕获的时候向着背离纳米锥所在的面进行弯曲能够使SERS衬底具有更高的捕获效率，捕获完成后向着纳米锥所在的面弯曲可以牢牢锁定捕获的病毒，使得测试结果更稳定；拉曼光谱曲线3比曲线2具有更强的特征峰，说明实施例2的制备方法制得的SERS衬底捕获角度更大，具有更高的捕获效率。
本领域的技术人员应理解，以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，而不是全部实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法，所述贵金属纳米锥SERS衬底包括基底、位于基底上的纳米锥阵列以及包覆在纳米锥阵列和纳米锥阵列所在基底表面的贵金属薄膜，所述基底和纳米锥阵列的材质相同且为可弯曲的柔性材料，所述贵金属薄膜的厚度为10-50nm且材料为具有拉曼活性的贵金属，其特征在于，所述纳米锥阵列包括若干个不同直径的纳米锥环，所述纳米锥环由多个纳米锥以垂直于基底的纳米锥为中心周向环绕排列而成，所述纳米锥的中轴线与基底之间所成夹角α为30-90度，所述夹角α从内圈纳米锥环到外圈纳米锥环逐渐减小，所述纳米锥的高度为200-300nm、根部直径为50-300nm、锥体针尖直径为20-50nm、顶锥角为10-60度，相邻纳米锥之间的间距为80-150nm；
具体使用方法包括如下步骤：
S1、将贵金属纳米锥SERS衬底中基底的两个相对端向着背离纳米锥阵列所在的面光滑弯曲5-30度；
S2、保持基底的弯曲状态，将贵金属纳米锥SERS衬底置于新型冠状病毒的环境中进行捕捉收集；
S3、将弯曲的基底放平，然后将基底的两个相对端向着纳米锥阵列所在的面弯曲5-30度，使用激光拉曼光谱仪进行检测。
2.根据权利要求1所述用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法，其特征在于，所述贵金属纳米锥SERS衬底的制备方法如下：
S11、通过自组装的方法，在基底的表面覆盖单层的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球的直径为80-150nm；
S12、将覆盖聚苯乙烯微球的基底放置于反应离子刻蚀装置中，采用六氟化硫为反应气体，在气体流速10-50sccm、腔体压强5-20帕、刻蚀功率100-250瓦的条件下对聚苯乙烯微球所在的基底面进行反应离子刻蚀，至基底的表面形成纳米锥且聚苯乙烯微球彻底被去除；
S13、通过磁控溅射方法在纳米锥所在的基底表面沉积贵金属纳米颗粒，形成贵金属薄膜，即制得用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底。
3.根据权利要求2所述用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法，其特征在于，在步骤S12中将基底进行反应离子刻蚀前，先将基底的两个相对边或者四周向着聚苯乙烯微球所在面的中心处光滑弯曲5-30度，然后保持弯曲状态，至步骤S13中形成贵金属薄膜后再将基底放平。
4.根据权利要求1所述用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法，其特征在于，所述基底和纳米锥阵列的材料为聚酰亚胺、聚乙烯对苯二甲酸酯中的一种。
5.根据权利要求1所述用于检测新型冠状病毒的贵金属纳米锥SERS衬底的使用方法，其特征在于，所述贵金属薄膜由尺寸为10-30nm贵金属纳米颗粒堆积而成。
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