RU2787341C1 - Method for manufacturing sers-active substrate - Google Patents
Method for manufacturing sers-active substrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787341C1 RU2787341C1 RU2022108756A RU2022108756A RU2787341C1 RU 2787341 C1 RU2787341 C1 RU 2787341C1 RU 2022108756 A RU2022108756 A RU 2022108756A RU 2022108756 A RU2022108756 A RU 2022108756A RU 2787341 C1 RU2787341 C1 RU 2787341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- template
- sers
- base
- array
- channels
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 16
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 16
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N methylene dichloride Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 241001313099 Pieris napi Species 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии создания наноструктурированных материалов для сверхчувствительной диагностики состава и строения органических веществ методом SERS-спектроскопии (от англ. SERS - усиленное поверхностью комбинационное (рамановское) рассеяние света).The invention relates to the field of technology for creating nanostructured materials for ultrasensitive diagnostics of the composition and structure of organic substances by SERS-spectroscopy (from the English. SERS - surface-enhanced Raman (Raman) light scattering).
Сверхчувствительный к определению отдельных компонент исследуемого вещества метод комбинационного рассеяния света по своей природе низкоинтенсивный, что ограничивает сферу его применений до исследований в научных лабораториях. Наноструктурированные SERS-активные подложки позволяют на несколько порядков повысить интенсивность регистрируемого сигнала комбинационного рассеяния света, что дает возможность исследовать вещества низкой концентрации, вплоть до единичных молекул.The method of Raman scattering of light, which is supersensitive to the determination of individual components of the test substance, is inherently low-intensity, which limits its scope to research in scientific laboratories. Nanostructured SERS-active substrates make it possible to increase the intensity of the registered Raman signal by several orders of magnitude, which makes it possible to study substances of low concentration, up to single molecules.
Известен способ изготовления SERS-подложки, включающий в себя получение шаблона, представляющего собой полимерную пленку с массивом сквозных цилиндрических каналов (т.н. «пор») характеристическим размером 220 нм, и заполнение каналов серебром (посредством осаждения наночастиц коллоидного серебра) с образованием массива выступов (см. статью Wei W. Yu, Ian М. White «А simple filter-based approach to surface enhanced Raman spectroscopy for trace chemical detection)), The Royal Society of Chemistry, 2012 [1]).A known method for manufacturing a SERS substrate, which includes obtaining a template, which is a polymer film with an array of through cylindrical channels (the so-called "pores") with a characteristic size of 220 nm, and filling the channels with silver (by deposition of colloidal silver nanoparticles) to form an array protrusions (see the article by Wei W. Yu, Ian M. White “A simple filter-based approach to surface enhanced Raman spectroscopy for trace chemical detection)”, The Royal Society of Chemistry, 2012 [1]).
Недостатки известного способа состоят в том, что осаждение наночастиц из коллоидного раствора серебра - процесс неконтролируемый, в результате чего воспроизводимость усиления сигнала исследуемого вещества на таких поверхностях не гарантирована и, как правило, очень низкая.The disadvantages of the known method are that the deposition of nanoparticles from a colloidal solution of silver is an uncontrolled process, as a result of which the reproducibility of amplifying the signal of the test substance on such surfaces is not guaranteed and, as a rule, is very low.
Известен способ изготовления SERS-активной подложки, включающий в себя обработку кремниевого основания с образованием вследствие этого массива выступов, на которые затем наносят плазмонный материал (см. US 8767202, МПК G01N 21/65, опубл. 01.07.2014 [2]).There is a known method for manufacturing a SERS-active substrate, which includes processing a silicon base with the formation of an array of protrusions, on which a plasmonic material is then applied (see US 8767202, IPC G01N 21/65, publ. 07/01/2014 [2]).
Недостатки известного способа состоят в его низкой технологичности, обусловленной сложностью и энергозатратностью применяемых технологических операций, а также в недостаточной эксплуатационной надежности SERS-активной подложки как следствие напыления плазмонного материала, характеризующегося слабостью сцепления частиц материала с поверхностью основания.The disadvantages of the known method are its low manufacturability, due to the complexity and energy consumption of the technological operations used, as well as the insufficient operational reliability of the SERS-active substrate as a result of the deposition of a plasmonic material, characterized by poor adhesion of material particles to the base surface.
Раскрытый в [2] способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.The method disclosed in [2] is accepted as the closest analogue of the claimed method.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в устранении указанных недостатков.The technical problem solved by the claimed invention is to eliminate these shortcomings.
При этом достигается технический результат, заключающийся в возможности создания SERS-активной подложки с оптимальным сочетанием механических характеристик и требуемыми оптическими характеристиками при одновременном повышении технологичности процесса ее изготовления.This achieves a technical result, which consists in the possibility of creating a SERS-active substrate with an optimal combination of mechanical characteristics and the required optical characteristics while improving the manufacturability of its manufacturing process.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания способа изготовления SERS-активной подложки, включающего в себя получение шаблона, представляющего собой полимерную пленку толщиной 10-20 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых цилиндрических каналов диаметром 20-2000 нм, поверхностной плотностью 105-109 см-2, нанесение на одну из больших сторон упомянутого шаблона плазмонного токопроводящего материала с образованием на его поверхности слоя толщиной 50-100 нм, а затем нанесение поверх него сплошного слоя металла толщиной 10-20 мкм посредством гальванического осаждения с образованием основания, заполнение упомянутых каналов упомянутого шаблона с противоположной от основания стороны плазмонным материалом посредством контролируемого электрохимического осаждения и удаление упомянутого шаблона с образованием на упомянутом основании массива выступов.The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of creating a method for manufacturing a SERS-active substrate, which includes obtaining a template, which is a polymer film 10-20 μm thick with an array of through, essentially identical cylindrical channels with a diameter of 20-2000 nm, with a surface density of 10 5 -10 9 cm -2 , applying a plasmonic conductive material to one of the large sides of the said template with the formation of a layer 50-100 nm thick on its surface, and then applying a continuous layer of metal 10-20 μm thick over it by galvanic deposition to form a base, filling said channels of said template from the side opposite from the base with plasmonic material by means of controlled electrochemical deposition and removing said template to form an array of protrusions on said base.
В одном из частных вариантов реализации упомянутый плазмонный токопроводящий материал выбирают из группы, включающей в себя серебро, золото, медь и сплавы упомянутых металлов.In one particular embodiment, said plasmonic conductive material is selected from the group consisting of silver, gold, copper, and alloys of said metals.
В другом частном варианте реализации упомянутый металл выбирают из группы, включающей в себя медь, никель, серебро и сплавы упомянутых металлов.In another particular embodiment, said metal is selected from the group consisting of copper, nickel, silver, and alloys of said metals.
В еще одном частном варианте реализации упомянутый плазмонный материал выбирают из группы, включающей в серебро, золото, медь и сплавы упомянутых металлов.In another particular embodiment, said plasmonic material is selected from the group consisting of silver, gold, copper, and alloys of said metals.
В еще одном частном варианте реализации контролируемое электрохимическое осаждение осуществляют в гальваностатическом, потенциостатическом или реверсивном режиме.In another particular embodiment, controlled electrochemical deposition is carried out in a galvanostatic, potentiostatic or reverse mode.
На фиг.1 показано схематическое изображение последовательности технологических операций заявленного способа.Figure 1 shows a schematic representation of the sequence of technological operations of the claimed method.
Заявленный способ реализуют следующим образом.The claimed method is implemented as follows.
1. Получают шаблон 1, представляющий собой полимерную (например, из полиэтилентерефталата или поликарбоната) пленку толщиной 10-20 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых цилиндрических каналов 2 диаметром 20-2000 нм, поверхностной плотностью 105 - 109 см-2.1. A
Использование полимерной пленки толщиной менее 10 мкм не обеспечивает требуемую жесткость шаблона, что затрудняет дальнейшие технологические операции. Использование полимерной пленки толщиной более 20 мкм вызывает сложности с образованием сквозных каналов, что, как следствие, не дает гарантированной однородности их структуры и, соответственно, требуемой геометрии выступов SERS-активной подложки.The use of a polymer film with a thickness of less than 10 μm does not provide the required rigidity of the template, which complicates further technological operations. The use of a polymer film with a thickness of more than 20 μm causes difficulties with the formation of through channels, which, as a result, does not guarantee the uniformity of their structure and, accordingly, the required geometry of the protrusions of the SERS-active substrate.
Использование полимерной пленки с массивом цилиндрических каналов диаметром менее 20 нм не обеспечивает образования нужной структуры на поверхности SERS-активной подложки ввиду недостаточной жесткости образуемых выступов. Использование полимерной пленки с массивом цилиндрических каналов диаметром более 2000 нм снижает эффективность использование SERS-активной подложки в силу ухудшения оптических характеристик образуемых выступов чрезмерно большого размера.The use of a polymer film with an array of cylindrical channels less than 20 nm in diameter does not ensure the formation of the desired structure on the surface of the SERS-active substrate due to the insufficient rigidity of the protrusions formed. The use of a polymer film with an array of cylindrical channels with a diameter of more than 2000 nm reduces the efficiency of using a SERS-active substrate due to the deterioration of the optical characteristics of the excessively large protrusions formed.
Использование полимерной пленки с массивом цилиндрических каналов поверхностной плотностью менее 105 см-2 также не обеспечивает образования нужной структуры на поверхности SERS-активной подложки. Использование полимерной пленки с массивом цилиндрических каналов поверхностной плотностью более 109 см-2 затрудняет дальнейшие технологические операции.The use of a polymer film with an array of cylindrical channels with a surface density of less than 10 5 cm -2 also does not provide the formation of the desired structure on the surface of the SERS-active substrate. The use of a polymer film with an array of cylindrical channels with a surface density of more than 10 9 cm -2 complicates further technological operations.
В частности, в качестве шаблона 1 может быть использована коммерчески доступная трековая мембрана, изготовленная с использованием ионно-трековой технологии (см., например, статью Apel P.Y., Dmitriev S.N. «Micro- and nanoporous materials produced using accelerated heavy ion beams», Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2011, т. 2, №1).In particular, a commercially available track membrane manufactured using ion-track technology can be used as template 1 (see, for example, the article Apel P.Y., Dmitriev S.N. "Micro- and nanoporous materials produced using accelerated heavy ion beams", Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2011, vol. 2, no. 1).
Трековые мембраны производятся по рулонной технологии, благодаря чему технически возможно изготовление шаблонов большой площади, что может быть шагом к массовому производству SERS-активных подложек.Track membranes are produced using roll technology, which makes it technically possible to manufacture large-area templates, which can be a step towards mass production of SERS-active substrates.
2. Наносят (включая, но не ограничиваясь, посредством вакуумного напыления) на одну из больших сторон шаблона 1 плазмонный токопроводящий материал с образованием на поверхности шаблона 1 (за исключением мест расположения выходных отверстий сквозных каналов 2) прерывистого токопроводящего слоя 3 толщиной 50-100 нм. В частном варианте плазмонный токопроводящий материал выбирают из группы, включающей в себя серебро, золото, медь и сплавы упомянутых металлов.2. Apply (including, but not limited to, by vacuum deposition) on one of the large sides of the
Образование слоя металла толщиной менее 50 нм не дает гарантированного образования на поверхности шаблона токопроводящего слоя, что делает невозможным дальнейшую технологическую операцию, а именно, электрохимическое осаждение металла. Образование слоя металла более 100 нм нецелесообразно из-за неоправданного повышения материалоемкости технологического процесса изготовления SERS-активной подложки.The formation of a metal layer with a thickness of less than 50 nm does not guarantee the formation of a conductive layer on the surface of the template, which makes it impossible for a further technological operation, namely, electrochemical metal deposition. The formation of a metal layer of more than 100 nm is impractical due to an unjustified increase in the material consumption of the technological process for manufacturing the SERS-active substrate.
3. Наносят (включая, но не ограничиваясь, посредством гальванического осаждения в гальваностатическом режиме при плотности тока 3-10 мА/см2) поверх образовавшегося токопроводящего слоя 3 сплошной слой металла 4 толщиной 10-20 мкм с образованием основания. В частном варианте металл выбирают из группы, включающей в себя медь, никель, серебро и сплавы упомянутых металлов.3. Apply (including, but not limited to, by galvanic deposition in a galvanostatic mode at a current density of 3-10 mA/cm 2 ) over the resulting conductive layer 3 a continuous layer of
Нанесение слоя металла толщиной менее 10 мкм не обеспечивает требуемую несущую жесткость основания SERS-активной подложки. Нанесение слоя металла более 20 мкм существенно снижает гибкость SERS-активной подложки в целом, и, как следствие, затрудняет ее интеграцию в готовое изделие (оборудование для спектроскопии).The deposition of a metal layer with a thickness of less than 10 μm does not provide the required bearing rigidity of the base of the SERS-active substrate. The deposition of a metal layer of more than 20 μm significantly reduces the flexibility of the SERS-active substrate as a whole, and, as a result, makes it difficult to integrate it into the finished product (equipment for spectroscopy).
4. Заполняют каналы 2 шаблона 1 с противоположной от основания 4 стороны плазмонным материалом посредством контролируемого электрохимического осаждения в гальваностатическом, потенциостатическом или реверсивном режиме. При этом в каналах 2 образуются т.н. «нанопроволоки» 5, наследующие форму каналов 2.4.
Гальваностатическое осаждение в преимущественном варианте осуществляют при плотности тока 1-10 мА/см2 (см., например, статью Кругликова С.С., Загорского Д.Л. и др. «Анализ условий электролитического формирования ансамблей металлических нанопроволок в порах трековых мембран», Теоретические основы химической технологии, 2021, т.55, №5, стр. 632-641). При этом измеряют величину напряжения на электрохимической ячейке и по ее изменению определяют степень заполнения каналов 2 и, соответственно, регулируют длину образуемых «нанопроволок» 5.Galvanostatic deposition is preferably carried out at a current density of 1-10 mA/cm 2 (see, for example, the article by Kruglikov S.S., Zagorsky D.L. et al. “Analysis of the conditions for the electrolytic formation of ensembles of metal nanowires in the pores of track membranes” , Theoretical foundations of chemical technology, 2021, v.55, No. 5, pp. 632-641). At the same time, the voltage value on the electrochemical cell is measured and the degree of filling of the
Потенциостатическое осаждение в преимущественном варианте осуществляют при потенциале от 250 до 600 мА/см2. При этом измеряют величину тока, протекающего через электрохимическую ячейку, и по его изменению определяют степень заполнения каналов 2 и, соответственно, регулируют длину образуемых «нанопроволок» 5.Potentiostatic deposition is preferably carried out at a potential of 250 to 600 mA/cm 2 . At the same time, the magnitude of the current flowing through the electrochemical cell is measured, and the degree of filling of the
Реверсивное осаждение в преимущественном варианте осуществляют при чередовании импульсов катодного и анодного тока амплитудой плотностью от 1-10 мА/см2. При этом измеряют амплитуду напряжения электрохимической ячейке и по ее изменению определяют степень заполнения каналов 2 и, соответственно, регулируют длину образуемых «нанопроволок» 5. Применение реверсивного режима осаждения позволяет использовать увеличить производительность технологического процесса изготовления подложки и за один цикл изготавливать подложки площадью более 2 см2.Reverse deposition in the preferred embodiment is carried out by alternating cathode and anode current pulses with an amplitude density of 1-10 mA/cm 2 . At the same time, the amplitude of the voltage of the electrochemical cell is measured and the degree of filling of the
5. Удаляют шаблон 1 с образованием на основании 4 массива выступов 5 путем помещения его в соответствующий растворитель (например, при использовании шаблона 1 из полиэтилентерефталата (далее - ПЭТФ) применяют раствор щелочи (NaOH) при температуре 80°С).5.
Далее образовавшуюся SERS-активную подложку отмывают от остатков растворителя (в частности, в случае с ПЭТФ после подложку дополнительно выдерживают в 3% растворе соляной кислоты для нейтрализации остатков NaOH, после чего промывают в дистиллированной воде). Затем, в одном из вариантов, сушат, после чего она готова к применению. В этом случаем исследуемое вещество наносят на сухую подложку и осуществляют получение рамановского спектра. В другом варианте подложка остается в деионизированной воде до момента применения. В этом случае исследуемое вещество наносят на мокрую подложку, после чего ее сушат (см. статью Kozhina Е.Р., Bedin S.A. et al «Ag-Nanowire Bundles with Gap Hot Spots Synthesized in Track-Etched Membranes as Effective SERS-Substrates», Applied Sciences, 2021, т.11, №4).Next, the resulting SERS-active substrate is washed from solvent residues (in particular, in the case of PET, the substrate is then additionally kept in a 3% hydrochloric acid solution to neutralize NaOH residues, after which it is washed in distilled water). Then, in one embodiment, dried, after which it is ready for use. In this case, the test substance is applied to a dry substrate and the Raman spectrum is obtained. In another embodiment, the substrate remains in deionized water until the time of use. In this case, the test substance is applied to a wet substrate, after which it is dried (see the article by Kozhina E.R., Bedin S.A. et al "Ag-Nanowire Bundles with Gap Hot Spots Synthesized in Track-Etched Membranes as Effective SERS-Substrates", Applied Sciences, 2021, vol. 11, no. 4).
Возможность реализации заявленного способа подтверждается примерами.The possibility of implementing the claimed method is confirmed by examples.
Пример 1.Example 1
Получают шаблон, представляющий собой пленку из ПТФЭ толщиной 10 мкм с массивом сквозных цилиндрических каналов диаметром 20 нм, поверхностной плотностью 105 см-1. Наносят (в частности, посредством резистивного напыления) на одну из больших сторон шаблона серебро с образованием на поверхности шаблона токопроводящего слоя толщиной 60 нм. Далее наносят посредством гальваностатического осаждения при плотности тока 3 мА/см2 поверх образовавшегося токопроводящего слоя серебра слой никеля толщиной 10 мкм с образованием основания. Затем заполняют каналы шаблона с противоположной от основания стороны медью посредством гальваностатического осаждения. Удаляют шаблон посредством помещения его в NaOH с образованием на основании массива выступов.Get a template, which is a film of PTFE with a thickness of 10 μm with an array of through cylindrical channels with a diameter of 20 nm, a surface density of 10 5 cm -1 . Apply (in particular, by resistive deposition) on one of the large sides of the template silver with the formation on the surface of the template conductive layer with a thickness of 60 nm. Further, by means of galvanostatic deposition at a current density of 3 mA/cm 2 , a nickel layer 10 μm thick is deposited over the formed conductive silver layer to form a base. Then the template channels are filled with copper from the side opposite from the base by means of galvanostatic deposition. The template is removed by placing it in NaOH to form protrusions on the base of the array.
Пример 2.Example 2
Получают шаблон, представляющий собой пленку из поликарбоната толщиной 20 мкм с массивом сквозных цилиндрических каналов диаметром 1000 нм, поверхностной плотностью 107 см-1. Наносят (в частности, посредством резистивного напыления) на одну из больших сторон шаблона серебро с образованием на поверхности шаблона токопроводящего слоя толщиной 100 нм. Далее наносят посредством гальваностатического осаждения при плотности тока 5 мА/см2 поверх образовавшегося токопроводящего слоя серебра слой меди толщиной 10 мкм с образованием основания. Затем заполняют каналы шаблона с противоположной от основания стороны золотом посредством потенциостатического осаждения. Удаляют шаблон посредством помещения его в дихлорметан (CH2CI2) с образованием на основании массива выступов.Get a template, which is a film of polycarbonate with a thickness of 20 μm with an array of through cylindrical channels with a diameter of 1000 nm, a surface density of 10 7 cm -1 . Apply (in particular, by resistive deposition) on one of the large sides of the template silver with the formation of a conductive layer on the surface of the template with a thickness of 100 nm. Further, by means of galvanostatic deposition at a current density of 5 mA/cm 2 , a copper layer 10 μm thick is deposited over the formed conductive silver layer to form a base. Then fill the channels of the template from the side opposite from the base with gold by means of potentiostatic deposition. Remove the template by placing it in dichloromethane (CH2CI2) with the formation of protrusions on the base of the array.
Пример 3.Example 3
Получают шаблон, представляющий собой пленку из ПТФЭ толщиной 12 мкм с массивом сквозных цилиндрических каналов диаметром 150 нм, поверхностной плотностью 108 см-1. Наносят (в частности, посредством резистивного напыления) на одну из больших сторон шаблона золото с образованием на поверхности шаблона токопроводящего слоя толщиной 50 нм. Далее наносят посредством гальваностатического осаждения при плотности тока 10 мА/см2 поверх образовавшегося токопроводящего слоя золота слой никеля толщиной 20 мкм с образованием основания. Затем заполняют каналы шаблона с противоположной от основания стороны серебром посредством реверсивного осаждения. Удаляют шаблон посредством помещения его в NaOH с образованием на основании массива выступов. Get a template, which is a film of PTFE with a thickness of 12 μm with an array of through cylindrical channels with a diameter of 150 nm, a surface density of 10 8 cm -1 . Apply (in particular, by resistive sputtering) on one of the large sides of the template gold with the formation on the surface of the template conductive layer with a thickness of 50 nm. Then, by means of galvanostatic deposition at a current density of 10 mA/cm 2 , a nickel layer 20 μm thick is applied over the formed conductive gold layer to form a base. Then fill the channels of the template from the side opposite from the base with silver by reverse deposition. The template is removed by placing it in NaOH to form protrusions on the base of the array.
Заявленный способ изготовления SERS-активной подложки отличается высокой технологичностью в результате оптимального подбора материалов, их количества и режимов обработки и одновременно обеспечивает оптимальное сочетание ее механических характеристик (жесткости и гибкости) и требуемые оптические характеристики (как в результате повышения воспроизводимости усиления сигнала за счет оптимальной плотности распределения выступов по поверхности основания, так и вследствие возможности изготавливать SERS-активные подложки с регулируемой длиной выступов под различные задачи исследований, что, кроме того, расширяет номенклатуру получаемых готовых изделий).The claimed method for manufacturing a SERS-active substrate is highly manufacturable as a result of the optimal selection of materials, their quantity and processing modes, and at the same time provides the optimal combination of its mechanical characteristics (rigidity and flexibility) and the required optical characteristics (as a result of increasing the reproducibility of signal amplification due to the optimal density the distribution of protrusions over the surface of the base, and due to the possibility of manufacturing SERS-active substrates with adjustable length of protrusions for various research tasks, which, in addition, expands the range of finished products obtained).
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787341C1 true RU2787341C1 (en) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361193C2 (en) * | 2004-05-19 | 2009-07-10 | Вп Холдинг, Ллс | Optical sensor with multilayered plasmon structure for improved detection of chemical groups through sers |
| WO2011047690A1 (en) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | Danmarks Tekniske Universitet | Surface enhanced raman scattering substrates consumables for raman spectroscopy |
| RU2572801C1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Chemically modified planar optical sensor, method of making same and method of analysing polyaromatic heterocyclic sulphur-containing compounds using same |
| US9588048B2 (en) * | 2011-05-20 | 2017-03-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Surface enhanced raman spectroscopy sensor, system and method of sensing |
| RU2659987C2 (en) * | 2016-12-07 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Planar solidphase optical sensor for determination of protein compounds by the method of spectroscopy of giant raman scattering and its application for protein compounds detection |
| RU2720075C1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-04-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Optical sensor with a plasmon structure for determining low-concentration chemicals and a method for production thereof |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361193C2 (en) * | 2004-05-19 | 2009-07-10 | Вп Холдинг, Ллс | Optical sensor with multilayered plasmon structure for improved detection of chemical groups through sers |
| WO2011047690A1 (en) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | Danmarks Tekniske Universitet | Surface enhanced raman scattering substrates consumables for raman spectroscopy |
| US9588048B2 (en) * | 2011-05-20 | 2017-03-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Surface enhanced raman spectroscopy sensor, system and method of sensing |
| RU2572801C1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Chemically modified planar optical sensor, method of making same and method of analysing polyaromatic heterocyclic sulphur-containing compounds using same |
| RU2659987C2 (en) * | 2016-12-07 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Planar solidphase optical sensor for determination of protein compounds by the method of spectroscopy of giant raman scattering and its application for protein compounds detection |
| RU2720075C1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-04-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Optical sensor with a plasmon structure for determining low-concentration chemicals and a method for production thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7450227B2 (en) | Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates exhibiting uniform high enhancement and stability | |
| Ren et al. | Raman spectroscopy on transition metals | |
| US20160033471A1 (en) | Optoelectronic Control Of Solid-State Nanopores | |
| EP3382063A2 (en) | A method of depositing metal nanoparticles on a surface in an electrochemical process, the surface obtained by this method and its application | |
| CN101319994A (en) | Microstructures, method for producing microstructures, and optical field amplifying device | |
| Hepel et al. | Electrochemical characterization of electrodes with submicrometer dimensions | |
| JP4685650B2 (en) | Raman spectroscopy device and Raman spectroscopy apparatus | |
| Prehn et al. | Microfabrication and characterization of cylinder micropillar array electrodes | |
| CN107937957B (en) | Preparation method of surface-enhanced Raman substrate and application of substrate in detection of animal viruses | |
| Lowinsohn et al. | Disposable gold electrodes with reproducible area using recordable CDs and toner masks | |
| US20060181701A1 (en) | Device for Raman spectroscopy and Raman spectroscopic apparatus | |
| Buividas et al. | Novel method to determine the actual surface area of a laser-nanotextured sensor | |
| US20050077184A1 (en) | Method for preparing surface for obtaining surface-enhanced Raman scattering spectra of organic compounds | |
| RU2787341C1 (en) | Method for manufacturing sers-active substrate | |
| Roslyakov et al. | Porous anodic alumina films grown on Al (111) single crystals | |
| Kravets et al. | A novel technique for fabrication of nanofluidic devices with polymer film formed by plasma polymerization | |
| CN103213938A (en) | Surface-enhanced Raman active substrate with gold nano cap array and preparation method thereof | |
| Szunerits et al. | Fabrication of a Sub‐Micrometer Electrode Array: Electrochemical Characterization and Mapping of an Electroactive Species by Confocal Raman Microspectroscopy | |
| Li et al. | In situ investigation of initial stage growth of anodic ZrO2 nanotubes by spectroscopic ellipsometry | |
| Jiang et al. | Improvement of Raman spectrum uniformity of SERS substrate based on flat electrode | |
| Krajczewski et al. | Tape of the truth: Ta2O5 nanopore array formed under broad potential range and SERS potential after silver sputtering | |
| Tesařová et al. | A spectroelectrochemical approach to the electrodeposition of bismuth film electrodes and their use in stripping analysis | |
| TW201403053A (en) | Surface-enhanced Raman spectral element, manufacturing method and application thereof | |
| Wang et al. | Synthesizing robust cuprous oxide film with adjustable morphologies as surface-enhanced Raman scattering substrate by copper anodization | |
| Anh et al. | Bismuth nanodendrites deposited on glassy carbon electrode as a sensitive electrochemical sensor for simultaneous detection of Cd2+ and Pd2+ ions |