TW201403053A - 表面增強拉曼光譜元件及其製造方法與應用 - Google Patents

表面增強拉曼光譜元件及其製造方法與應用 Download PDF

Info

Publication number
TW201403053A
TW201403053A TW101125076A TW101125076A TW201403053A TW 201403053 A TW201403053 A TW 201403053A TW 101125076 A TW101125076 A TW 101125076A TW 101125076 A TW101125076 A TW 101125076A TW 201403053 A TW201403053 A TW 201403053A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
enhanced raman
raman spectroscopy
hydrophobic polymer
polymer film
spectroscopy element
Prior art date
Application number
TW101125076A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI464389B (zh
Inventor
Jyi-Sy Yang
Pandiyan Raja
Original Assignee
Nat Univ Chung Hsing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Univ Chung Hsing filed Critical Nat Univ Chung Hsing
Priority to TW101125076A priority Critical patent/TWI464389B/zh
Publication of TW201403053A publication Critical patent/TW201403053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI464389B publication Critical patent/TWI464389B/zh

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本發明提供一種表面增強拉曼光譜元件，包含至少一具有一頂面的柱狀基材、至少一至少覆蓋該柱狀基材之頂面的疏水性高分子膜，及至少一形成於該頂面上並覆蓋該疏水性高分子膜的奈米金屬粒子層。本發明還提供上述表面增強拉曼光譜元件的製造方法及一包含該元件之拉曼儀器。該表面增強拉曼光譜元件可以將待測樣品集中，不需乾燥樣品即可量測，且具有良好的靈敏度及再現性。

Description

表面增強拉曼光譜元件及其製造方法與應用
本發明是有關於一種表面增強拉曼光譜元件，特別是指一種不需乾燥待測樣品即可以測量的表面增強拉曼光譜元件。
表面增強拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering，簡稱SERS)法於1974年被提出，係指當待測樣品放置在由奈米金屬顆粒或粒子簇(cluster)沉積形成的金屬表面時，待測樣品受金屬表面電漿共振產生之電磁場影響，能增強拉曼散射訊號至百萬倍以上之現象。SERS法被廣泛應用於製作表面增強拉曼基板，以利於後續用於分析微量樣品。
在表面增強拉曼基板的製作方法中，銀鏡反應覆膜法因具備價格便宜且適於大量製備等優點，而成為主要製作方法。表面增強拉曼基板一般包含一金屬或玻璃板材，及一設置在該板材上且由銀或金所形成的奈米金屬粒子層。表面增強拉曼基板在使用時將基板浸入待測量溶液中或將待測溶液置於該基板表面上，以激發源(如雷射光源)直接照射該表面，並由偵測器收集散射光。
US2008/0291442揭示一種表面增強拉曼基板，製作方式是取一平面基板，先將多數個能夠偏極共振的奈米金屬粒子置於該基板上，再以高分子材料對該奈米金屬粒子進行固定，形成一覆蓋該基板並具有數個奈米金屬粒子鑲嵌 於其中的高分子層，且高分子層的表面有奈米金屬粒子露出。實際測量時，此一基板的配置方式有助於提升該奈米金屬粒子的穩定性，待測樣品可吸附於奈米金屬粒子露出於高分子層表面的部分，但對於測量低濃度或微量體積的待測樣品水溶液，則會因平面基板無法將待測樣品水溶液均勻侷限在一定區域中，致使待測樣品分佈不均的情況下，造成測量訊號缺乏再現性，難以進行定量量測。
雖然文獻中有些學者嘗試以不同方法克服測量樣品水溶液的困擾，例如透過加熱去除水份，或設置包含親水性濾紙的基板，使待測樣品水溶液先與基板接觸後水再被濾去；這些方法還除了步驟繁瑣外，仍存有無法真正去除測量水份之疑慮，以及加熱後對奈米材料以及待測樣品水溶液之影響，或待測樣品水溶液在除水後對奈米金屬材料是否有足夠之吸附效果等問題。
由上述可知，尋找一種對於測量低濃度或微量體積的待測樣品水溶液具有良好靈敏度及再現性的表面增強拉曼光譜元件，是目前重要的研究方向之一。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種特別適用於量測待測樣品水溶液，且具有良好靈敏度及再現性的表面增強拉曼光譜元件。
於是，本發明表面增強拉曼光譜元件，包含至少一具有一頂面的柱狀基材、至少一至少覆蓋該柱狀基材之頂面的疏水性高分子膜，及至少一形成於該頂面上並覆蓋該疏 水性高分子膜的奈米金屬粒子層。
本發明之第二目的，在於提供一種表面增強拉曼光譜元件的製造方法，包含：提供至少一柱狀基材，係具有一頂面；設置至少一疏水性高分子膜，係至少覆蓋該柱狀基材之頂面；及形成至少一奈米金屬粒子層，係位於該頂面上並覆蓋該疏水性高分子膜。
本發明之第三目的，在於提供一種拉曼儀器，包含：(a)一輻射源、(b)一拉曼感應器，包括至少一如前所述之表面增強拉曼光譜元件，及(c)一偵測器。
一般平面式的表面增強拉曼光譜元件測量時，待測樣品的擴散方向和擴散範圍不易掌控且無法均勻覆蓋於該平面式基板上，且當待測樣品為水溶液時特別難以準確地進行定量分析。為了解決上述問題，本發明透過該表面增強拉曼光譜元件呈柱狀結構以及疏水性高分子膜的設置，使得待測樣品得以限制在該形成於頂面上的奈米金屬粒子層上，而達到能夠準確測量微量體積之樣品的目的。值得一提的是，當待測樣品為水溶液時，更可藉由疏水性高分子膜的設置並運用水固有的表面張力，使得樣品能夠以液滴型態集中於該奈米金屬粒子層上而不散去；因此，運用本發明表面增強拉曼元件不需再進行除水處理即可以直接測量，並且能夠測量微量體積的待測樣品水溶液，更可明顯提昇靈敏度、再現性以及量測效率，大幅地改善了過去量測待測樣品水溶液的問題。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳具體例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
如圖1所示，本發明表面增強拉曼光譜元件之第一較佳具體例，包含：至少一柱狀基材1，係具有一頂面11；至少一疏水性高分子膜2，係至少覆蓋該柱狀基材1之頂面11；及至少一奈米金屬粒子層3，係形成於該頂面1上並覆蓋該疏水性高分子膜2。
該頂面11的形狀並沒有特別限制；較佳地，該頂面11的面積為0.01至10 mm2，透過使待測樣品集中於特定面積的範圍上，能有效增加該元件的再現性。更佳地，該頂面11的面積為0.5至3.5 mm2。
該柱狀基材1的材料並無特別限制，只要能使該疏水性高分子膜2確實覆蓋於其上即可。較佳地，該柱狀基材1是由選自於下列所構成群組之材料所製成：高分子、石英、玻璃及金屬。又較佳地，該柱狀基材1是由高分子材料所組成。更佳地，製成該柱狀基材1的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，簡稱PMMA)，例如使用PMMA塑膠光纖(PMMA plastic optical fiber)。
較佳地，該疏水性高分子膜2具有一個粗糙表面(圖未示)。相較於平滑表面，奈米金屬粒子較易附著於粗糙表面上，且表面越粗糙，接觸面積越大，附著量也越多；而奈 米金屬粒子的含量越多，有助提升該表面增強拉曼光譜元件的靈敏度。更佳地，該疏水性高分子膜2還具有多數個孔隙(圖未示)，當奈米金屬粒子深入至該等孔隙中，可使該元件的靈敏度更提升。
較佳地，該疏水性高分子膜2是由具備還原力的疏水性高分子所組成；所謂「還原力」是指該高分子本身具有提供電子的能力，或該高分子經由吸附或溶解於可提供電子的有機溶劑而具有還原力；該可提供電子的有機溶劑可例如但不限於：二甲基甲醯胺(N,N-Dimethylformamide，簡稱DMF)、二甲亞碸(Dimethyl sulfoxide，簡稱DMSO)、丙酮(Acetone)，及四氫呋喃(Tetrahydrofuran,THF)。又較佳地，該疏水性高分子膜2是由至少一種選自於由下列所構成群組的疏水性高分子所形成：聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride，簡稱PVDF)、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺(Polyamide)、聚苯乙烯(polystyrene，簡稱PS)、聚碳酸酯(polycarbonate，簡稱PC)，及PMMA。更佳地，該疏水性高分子膜2是聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯，及PMMA。
本發明表面增強拉曼光譜元件之第二較佳具體例係如圖2所示，其與第一較佳具體例的不同之處在於該疏水性高分子膜2包覆該柱狀基材1之一端，使該疏水性高分子膜2除覆蓋該柱狀基材1的頂面11外，更覆蓋由該頂面11向下延伸之部份柱狀基材1側壁。透過上述設置，再加上奈米金屬粒子層3僅形成於頂面11上，更有助於使待測之 樣品水溶液更集中於該表面增強拉曼光譜元件之頂面11。
該奈米金屬粒子層3是透過沉澱或吸附作用而覆蓋於該疏水性高分子膜2上，如圖3所示。較佳地，該奈米金屬粒子層3是由至少一選自於下列所構成群組之奈米金屬粒子所形成：金、銀及鉑。更佳地，該奈米金屬粒子層3是由銀所形成。
較佳地，該奈米金屬粒子的粒徑範圍為10至200 nm；更佳地，該奈米金屬粒子的粒徑為100 nm。
此外，本發明量測體積小至0.5μL的待測樣品，仍具有良好靈敏度。當待測樣品體積較大時，將該基材沾取代測樣品即可以進行測量。
如圖4所示，本發明表面增強拉曼光譜元件之第三較佳具體例包含：複數個柱狀基材1，每一柱狀基材1係彼此平行間隔排列，且該等柱狀基材1之頂面11共同形成一水平面。更佳地，在該等柱狀基材1中，每一柱狀基材1係彼此平行間隔排列地並設置於一承載板上(圖未示)。該承載板的材質沒有特別限定，只要能緊密固定該等柱狀基材即可；該承載板可例如但不限於：鋁板、鐵板、不銹鋼板、壓克力板、聚乙烯板，或聚丙烯板。
本發明表面增強拉曼光譜元件的製造方法，包含：提供至少一柱狀基材，係具有一頂面；設置至少一疏水性高分子膜，係至少覆蓋該柱狀基材之頂面；及形成至少一奈米金屬粒子層，係位於該頂面上並覆蓋該疏水性高分子膜。
該表面增強拉曼光譜元件的規格及材料與前述相同，在此不再贅述。
較佳地，該頂面的面積為0.01至10 mm2。
較佳地，該疏水性高分子膜是由至少一選自於由下列所構成群組的疏水性高分子所形成：聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯，及聚甲基丙烯酸甲酯。
該疏水性高分子膜的製作方法並沒有特別限制。較佳地是至少將該柱狀基材之頂面沾取或浸入一由疏水性高分子及溶劑所構成之疏水性高分子溶液中，取出並進行乾燥，即可以形成覆蓋於該基材頂面的疏水性高分子膜。於乾燥期間，疏水性高分子發生自聚作用，會使疏水性高分子與溶劑分離，更有助於該疏水性高分子膜形成粗糙表面及孔隙。更佳地，乾燥時間為5至10分鐘，其目的在於使疏水性高分子溶液的溶劑尚未完全乾燥，而該疏水性高分子膜也已經成形。
特別值得一提的是，上述之乾燥步驟無需讓疏水性高分子膜上的溶劑完全去除，因為殘留的溶劑於製作奈米金屬粒子層時有助於使更多奈米金屬粒子形成並覆蓋該疏水性高分子膜，使該元件的靈敏度提升；特別是殘留於疏水性高分子膜孔隙中的溶劑，有助於使該奈米金屬粒子深入地形成於該孔隙中。
較佳地，該疏水性高分子溶液的濃度為1至25%(w/v)。更佳地為15%(w/v)。
構成該疏水性高分子溶液的溶劑係依據所使用之疏水性高分子來選擇，可例如但不限於：二甲基甲醯胺、二甲亞碸、丙酮、甲苯(Toluene)，或四氫呋喃。
當該柱狀基材為聚甲基丙烯酸甲酯，形成該疏水性高分子膜的另一種方法可例如對該基材之頂面進行一表面處理，使形成一疏水性高分子膜。具體的作法是至少將該柱狀基材之頂面浸泡於一表面處理液中。
較佳地，該表面處理液是選自於：乙二胺(ethylenediamine)-二甲亞碸溶液、硫酸水溶液、氫氧化鈉水溶液，及乙胺(ethylamine)水溶液。較佳地，該表面處理液的濃度為0.1至4M。更佳地，該表面處理液為1M的乙二胺-二甲亞碸溶液，或先浸泡乙二胺-二甲亞碸溶液再浸泡乙胺水溶液。
較佳地，該表面處理的時間為5至60分鐘，更佳地為45分鐘。
該奈米金屬粒子層的形成方法並沒有特別限制，只要使該奈米金屬粒子層能夠形成於該頂面上並覆蓋該疏水性高分子膜即可，可例如但不限於各種已知的作法，例如：電化學粗糙電極法、金屬膠體製備覆膜法、氣相沉積金屬島製備法、化學侵蝕法、金屬鉗入膠膜法、銀鏡反應覆膜法、以及光阻或電子束製程。較佳地，該奈米金屬粒子層是利用低成本且適於大量製造的銀鏡反應覆膜法來形成。
其中，運用銀鏡反應覆膜法的具體作法可例如但不限於：提供一銀氨溶液，將覆蓋有該疏水性高分子膜的基材 頂面浸入該銀氨溶液中，並加入作為還原劑的葡萄糖溶液，使奈米銀粒子形成於該疏水性高分子膜上。此時，若銀氨溶液與殘留於疏水性高分子膜的溶劑接觸，有助於使奈米銀粒子還原。
較佳地，該葡萄糖溶液的濃度為0.1至2M，更佳地為0.25至0.5M；較佳地，反應溫度為50至80℃；較佳地，反應時間為2至20分鐘。
本發明拉曼儀器，包含(a)一輻射源；(b)一拉曼感應器，包括至少一如前所述之表面增強拉曼光譜元件；及(c)一偵測器。使用該拉曼儀器時，首先將待測樣品沾附於該表面增強拉曼光譜元件；該拉曼感應器由下方被該輻射源照射，使該奈米金屬粒子層產生電漿場，電漿場與待測樣品的分子耦合產生拉曼光子，該偵測器偵測到拉曼光子並收集資料，以能量函數呈現，產生待測樣品特有的光譜。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應能夠選擇恰當的單色雷射光的波長，以符合所使用之奈米金屬粒子之光學常數，藉此最佳化產生的電漿場。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
<實施例1至9> [實施例1]製作表面增強拉曼光譜元件
取PMMA光纖(呈圓柱狀，直徑為2 mm，長為1.5 cm)作為柱狀基板，將該柱狀基板浸入15%(w/v)聚偏二氟乙烯- 二甲基甲醯胺溶液(以下簡稱PVDF-DMF溶液)後取出，使該柱狀基材之一端沾附有疏水性高分子溶液。
待該柱狀基材乾燥10分鐘後，浸入一由5 mL 15mM硝酸銀溶液與1.5 mL 0.5M葡萄糖配製的銀氨溶液進行銀鏡反應28分鐘，之後取出並以去離子水浸泡清洗後乾燥儲存，製得實施例1的表面增強拉曼光譜元件。實施例1之材料及規格記載於表1。
[實施例2及3]製作表面增強拉曼光譜元件
實施例2及3之作法大致與實施例1相同，不同之處在於改變該柱狀基材之直徑分別為0.5 mm及1 mm。實施例2及3之材料及規格記載於表1。
[實施例4]製作表面增強拉曼光譜元件
取PMMA光纖(呈圓柱狀，直徑為2 mm，長為1.5 cm)作為柱狀基板，將該柱狀基板浸入15%(w/v)聚苯乙烯-DMF溶液(以下簡稱PS-DMF溶液)後取出，使該柱狀基材之一端沾附有疏水性高分子溶液。
待該柱狀基材乾燥10分鐘後，該柱狀基材之一端被疏水性高分子膜覆蓋，浸入DMF中後取出，再浸入一由5 mL 15mM硝酸銀溶液與1.5 mL 0.5M葡萄糖配製的銀氨溶液進行銀鏡反應28分鐘，之後取出並以去離子水浸泡清洗後乾燥儲存，製得實施例4的表面增強拉曼光譜元件。實施例4之材料及規格記載於表1。
[實施例5及6]製作表面增強拉曼光譜元件
實施例5及6之作法大致與實施例4相同，不同之處 在於改變該疏水性高分子溶液，分別為1%(w/V)聚碳酸酯-四氫呋喃溶液(簡稱PC-THF溶液)及1.5%(w/v)聚甲基丙烯酸甲酯-甲苯溶液(簡稱PMMA-Toluene溶液)。實施例5及6之材質及規格記載於表1。
[實施例7及8]製作表面增強拉曼光譜元件
實施例7及8之作法大致與實施例1相同，不同之處在於改變該柱狀基材之材料，分別為石英及玻璃。實施例7及8之材質及規格記載於表1。
[實施例9]製作含承載板之表面增強拉曼光譜元件
取一鋁板，以電鑽鑽孔，以於鋁板上形成數個彼此間隔排列的孔洞。將數個實施例1製備之表面增強拉曼光譜元件分別置入孔洞中並固定，調整該等元件的頂面共同形成一水平面，製得如圖5所示之表面增強拉曼光譜元件。
<比較例1至2> [比較例1]製作平面式的表面增強拉曼光譜元件
取一玻璃基板(長2.5 cm，寬2.5 cm)作為平面基板，不設置任何疏水性高分子膜，直接將該平面基板之一面浸入一由5 mL 15mM硝酸銀溶液與1.5 mL 0.5M葡萄糖配製的銀氨溶液進行銀鏡反應28分鐘，之後取出並以去離子水浸泡清洗後乾燥儲存，製得比較例1的表面增強拉曼光譜板。比較例1之材質及規格記載於表1。
[比較例2]製作平面式的表面增強拉曼光譜元件
比較例2之作法大致與比較例1相同，皆不設置疏水性高分子膜，不同之處在於該平面基板之材質為PMMA。 比較例2之材質及規格記載於表1。
<測試例1至22及測試比較例1至4> [測試例1]
測試例1是取實施例1製備之表面增強拉曼光譜元件結合拉曼儀器分別對待測樣品進行測量，測試方法是將該表面增強拉曼光譜元件浸泡於10 ppm對胺苯硫酚(para-aminothiophenol，簡稱pATP)甲醇溶液中30分鐘，使該待測樣品吸附於該奈米金屬粒子層後，以632.8 nm進行測量。
測試例1之待測樣品的種類、體積、濃度範圍及測試條件記載於表2，測試結果請參見表2所記載之對應圖式。
[測試例2、5至8及11]
測試例2、5至8及11是取實施例1製備之表面增強拉曼光譜元件結合拉曼儀器分別對待測樣品進行測量，測試方法是分別將該等待測樣品直接滴於實施例1表面增強拉曼光譜元件之奈米金屬粒子層，並以632.8 nm進行測量。
測試例2、5至8及11之待測樣品的種類、體積、濃度範圍及測試條件記載於表2，測試結果請參見表2所記載之對應圖式。
[測試例3、9、10及12]
測試例3、9、10及12是以不同濃度的待測樣品對該表面增強拉曼光譜元件進行動態範圍研究。
測試例3、9、10及12之待測樣品的種類、體積、濃度範圍及測試條件記載於表2，測試結果請參見表2所記載之對應圖式。
[測試例4]
測試例4是以不同體積的待測樣品對該表面增強拉曼光譜元件進行研究，觀察該表面增強拉曼光譜元件量測微量體積之待測樣品的靈敏度。
測試例4之待測樣品種類、體積範圍、濃度範圍及測試條件記載於表2，測試結果請參見表2所記載之對應圖式。
[測試例13至22]
測試例13至22是取實施例製備之表面增強拉曼光譜元件結合拉曼儀器對待測樣品進行測量，測試方法是將待測水溶液樣品直接滴於表面增強拉曼光譜元件之奈米金屬粒子層後進行測量，或是透過浸泡於待測樣品中30分鐘使待測樣品吸附於表面增強拉曼光譜元件之奈米金屬粒子層後進行測量。
測試例13至22所用之表面增強拉曼光譜元件，待測樣品的種類、體積、濃度範圍及測試條件記載於表2，測試結果請參見表2所記載之對應圖式。
[測試比較例1至4]
測試比較例1至4是取比較例1及2製備之平面式的表面增強拉曼光譜元件結合拉曼儀器對待測樣品進行，測量測試方法是將待測水溶液樣品直接滴於表面增強拉曼光譜元件之奈米金屬粒子層後進行測量，或是透過浸泡於待測樣品中30分鐘，使待測樣品吸附於表面增強拉曼光譜元件之奈米金屬粒子層後進行測量。
測試比較例1至4所用之表面增強拉曼光譜元件，待測樣品的種類、體積、濃度範圍及測試條件記載於表2，測試結果請參見表2所記載之對應圖式。
圖6之(a)顯示測試例1之圖譜。圖6之(b)與(c)分別為測量0.4%(w/v)pATP丙酮溶液與0.4%(w/v)pATP甲醇溶液之拉曼光譜圖；(d)為測量固態pATP所得之光譜圖，其中(b)、(c)及(d)光譜圖皆是以無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量，待測樣品的濃度明顯高於測試例1之待測樣品的濃度10 ppm，且光譜圖的雜訊較多。比較(a)光譜圖與(b)或(c)光譜圖，本發明的增強效應達107倍。
圖7之(a)顯示測試例2之光譜圖；(b)為無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量固態純苯甲酸之光譜圖，比較(a)光譜圖與(b)光譜圖，本發明表面增強拉曼光譜元件的增強效應達107倍。
測試例3測量不同濃度的苯甲酸水溶液，由圖8顯示濃度與訊號強度的線性關係良好，說明使用本發明表面增強拉曼光譜元件測量濃度為0至1 mM的樣品水溶液，具有良好靈敏度與線性關係。
測試例4測量濃度相等體積不同的苯甲酸水溶液，由圖9顯示本發明表面增強拉曼光譜元件測量體積為2至10 μL的水溶性樣品具有良好再現性。
圖10顯示測試例5至8之圖譜，相較於使用無表面訊號增強作用之拉曼光譜儀器直接測量之相對應固態化合物的光譜圖，本發明表面增強拉曼光譜元件測量含氮鹼基樣品的增強效應達106倍。
測試例9及測試例10分別測量不同濃度的胞嘧啶水溶液及腺嘌呤水溶液，圖11及圖12顯示濃度與訊號強度的線 性關係良好，說明使用本發明表面增強拉曼光譜元件測量濃度為0至100 μM的含氮鹼基樣品，具有良好靈敏度。
圖13顯示(a)測試例11測得之苯丙胺酸光譜圖，相較於(b)為無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量固態苯丙胺酸所得之光譜圖，本發明表面增強拉曼光譜元件的增強效應達106倍。
測試例12是測量不同濃度的苯丙胺酸水溶液。圖14顯示濃度為0至100μM時，濃度與訊號強度的線性關係良好，濃度為200至1000μM時，訊號強度大致相同，說明本發明表面增強拉曼光譜元件可以有效應用至胺基酸定量檢測，且靈敏度優異，偵測極限可達1μM。
圖15顯示(a)測試例13測得之1 mM葡萄糖水溶液光譜圖，相較於(b)無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量固態純葡萄糖所得之光譜圖，本發明表面增強拉曼光譜元件的靈敏度較佳，增強效應達106倍。
透過測試例14及測試例15可以觀察該柱狀基材之直徑與訊號強度的關係，圖16顯示柱狀基材的直徑為0.3至2.0 mm均可以獲得強度足夠的訊號，具有良好靈敏度。
圖17顯示測試例16至18測量pATP甲醇溶液之光譜圖，可以看出選用PS、PC、PMMA的疏水性高分子膜均可以提供良好的訊號強度，其中測試例18選用PMMA的靈敏度最佳。
圖18顯示測試例19至20測量葡萄糖水溶液之光譜圖，可以看出選用石英及玻璃材質的柱狀基材的均可以得 到良好的訊號強度。
圖19為測試例21及測試比較例1及2測量腺嘌呤水溶液之光譜圖。測試比較例1及2是以未設置疏水性高分子膜的平面式表面增強拉曼光譜板進行量測，顯示平面式的表面增強拉曼光譜板，雖具有表面增強效應，但訊號強度小，靈敏度不佳；測試例21選用之表面增強拉曼光譜元件具有柱狀結構且含有該疏水性高分子膜，訊號強度明顯提升，靈敏度佳。由圖20可知，測試例22的訊號強度明顯大於測試比較例3及4，顯示使用柱狀基材及設置該含有疏水性高分子膜，使該表面增強拉曼光譜元件具有明顯提升靈敏度的效果。
綜上所述，本發明表面增強拉曼光譜元件結合柱狀基材、疏水性高分子膜及奈米金屬粒子層，透過該基材的柱狀結構，並使該疏水性高分子膜表面粗糙化以吸附更多奈米金屬粒子，使該元件於實際測量時具有較佳的靈敏度及再現性，且特別適用於測量水溶液待測樣品。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧柱狀基材
11‧‧‧頂面
2‧‧‧疏水性高分子 膜
3‧‧‧奈米金屬粒子 層
圖1是一示意圖，說明本發明表面增強拉曼光譜元件之第一較佳具體例的結構；圖2是一示意圖，說明本發明表面增強拉曼光譜元件 之第二較佳具體例的結構；圖3是一SEM圖，顯示該奈米金屬粒子層覆蓋於該疏水性高分子膜的情形；圖4是一示意圖，說明本發明表面增強拉曼光譜元件之第三較佳具體例的結構；圖5是一實施例9之含有承載板的表面增強拉曼光譜元件的照片；圖6是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，其中(a)測試例1之圖譜，(b)為0.4%(w/v)pATP丙酮溶液之圖譜，(c)為0.4%(w/v)pATP甲醇溶液之圖譜，(d)為固態pATP之圖譜；圖7是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，其中(a)測試例2之圖譜，(b)為無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量固態純苯甲酸之拉曼圖譜；圖8是一曲線圖，說明測試例3訊號強度與濃度關係；圖9是一關係圖，說明測試例4測量苯甲酸水溶液的訊號強度與體積關係；圖10是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，其中(a)為測試例5之圖譜、(b)為測試例6之圖譜、(c)為測試例7之圖譜，及(d)為測試例8之圖譜，以及使用無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量之(e)固態腺嘌呤之圖譜、(f)固態胞嘧啶之圖譜、(g)固態胸腺嘧啶之圖譜，及(h)固態尿嘧啶之圖譜；圖11是一關係圖，說明測試例9訊號強度與濃度關 係；圖12是一關係圖，說明測試例10訊號強度與濃度關係；圖13是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，其中(a)為測試例11之圖譜，(b)為無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量固態純苯甲酸之圖譜；圖14是一曲線圖，說明測試例12訊號強度與濃度關係；圖15是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，其中(a)為測試例15之圖譜，(b)為無表面增強效果的拉曼光譜儀器測量純葡萄糖之圖譜；圖16是一曲線圖，其中●表示測試例13，▲表示測試例14，說明訊號強度與柱狀基材直徑的關係；圖17是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，說明(a)測試例16、(b)測試例17及(c)測試例18之圖譜；圖18是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，說明(a)測試例19及(b)測試例20之圖譜；圖19是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，說明(a)測試例21及(b)測試比較例1及(c)測試比較例2之圖譜；及圖20是一表面增強拉曼光譜的訊號圖，說明(a)測試例22及(b)測試比較例3及(c)測試比較例4之圖譜。
1‧‧‧柱狀基材
11‧‧‧頂面
2‧‧‧疏水性高分 子膜
3‧‧‧奈米金屬粒子層

Claims (12)

  1. 一種表面增強拉曼光譜元件，包含：至少一柱狀基材，係具有一頂面；至少一疏水性高分子膜，係至少覆蓋該柱狀基材之頂面；及至少一奈米金屬粒子層，係形成於該頂面上並覆蓋該疏水性高分子膜。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之表面增強拉曼光譜元件，其中，該疏水性高分子膜具有一個粗糙表面。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之表面增強拉曼光譜元件，其中，該頂面的面積為0.01至10 mm2。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之表面增強拉曼光譜元件，其中，該柱狀基材是由選自於由下列所構成群組之材料所製成：高分子、石英、玻璃及金屬。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之表面增強拉曼光譜元件，其中，該疏水性高分子膜是由至少一選自於由下列所構成群組的疏水性高分子所形成：聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯，及聚甲基丙烯酸甲酯。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之表面增強拉曼光譜元件，其中，該奈米金屬粒子層是由至少一選自於由下列所構成群組之奈米金屬粒子所形成：金、銀及銅。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之表面增強拉曼光譜元件，包含：複數個柱狀基材，每一柱狀基材係彼此平行 間隔排列，且該等柱狀基材之頂面共同形成一水平面。
  8. 一種表面增強拉曼光譜元件的製造方法，包含：提供至少一柱狀基材，係具有一頂面；設置至少一疏水性高分子膜，係至少覆蓋該柱狀基材之頂面；及形成至少一奈米金屬粒子層，係位於該頂面上並覆蓋該疏水性高分子膜。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之表面增強拉曼光譜元件的製造方法，其中，該頂面的面積為0.01至10 mm2。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述之表面增強拉曼光譜元件的製造方法，其中，該疏水性高分子膜是由至少一選自於由下列所構成群組的疏水性高分子所形成：聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯，及聚甲基丙烯酸甲酯。
  11. 根據申請專利範圍第8項所述之表面增強拉曼光譜元件的製造方法，其中，該疏水性高分子膜具有一粗糙表面。
  12. 一種拉曼儀器，包含：(a)一輻射源；(b)一拉曼感應器，包括至少一如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之表面增強拉曼光譜元件；及(c)一偵測器。
TW101125076A 2012-07-12 2012-07-12 Surface Enhancement Raman Spectroscopy Element and Its Manufacturing Method and Application TWI464389B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101125076A TWI464389B (zh) 2012-07-12 2012-07-12 Surface Enhancement Raman Spectroscopy Element and Its Manufacturing Method and Application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101125076A TWI464389B (zh) 2012-07-12 2012-07-12 Surface Enhancement Raman Spectroscopy Element and Its Manufacturing Method and Application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201403053A true TW201403053A (zh) 2014-01-16
TWI464389B TWI464389B (zh) 2014-12-11

Family

ID=50345497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101125076A TWI464389B (zh) 2012-07-12 2012-07-12 Surface Enhancement Raman Spectroscopy Element and Its Manufacturing Method and Application

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI464389B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110548657A (zh) * 2019-09-06 2019-12-10 华南师范大学 用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法
US10656093B2 (en) 2015-07-20 2020-05-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Structures for surface enhanced Raman
CN113834777A (zh) * 2021-07-14 2021-12-24 四川轻化工大学 一种检测酸性色素的sers基底的制备及其使用方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7459197B2 (en) * 2004-11-30 2008-12-02 Lucent Technologies Inc. Reversibly adaptive rough micro- and nano-structures

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10656093B2 (en) 2015-07-20 2020-05-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Structures for surface enhanced Raman
TWI707134B (zh) * 2015-07-20 2020-10-11 美商惠普發展公司有限責任合夥企業 用於表面增強拉曼光譜法的結構及其製造方法
CN110548657A (zh) * 2019-09-06 2019-12-10 华南师范大学 用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法
CN110548657B (zh) * 2019-09-06 2022-08-30 华南师范大学 用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法
CN113834777A (zh) * 2021-07-14 2021-12-24 四川轻化工大学 一种检测酸性色素的sers基底的制备及其使用方法
CN113834777B (zh) * 2021-07-14 2023-12-08 四川轻化工大学 一种检测酸性色素的sers基底的制备及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI464389B (zh) 2014-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Flexible, transparent and highly sensitive SERS substrates with cross-nanoporous structures for fast on-site detection
US8808645B2 (en) Molecular filters
US7656525B2 (en) Fiber optic SERS sensor systems and SERS probes
US7713849B2 (en) Metallic nanowire arrays and methods for making and using same
Chattopadhyay et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy using self-assembled silver nanoparticles on silicon nanotips
US20070285657A1 (en) Substrate for surface-enhanced raman spectroscopy, sers sensors, and method for preparing same
Vendamani et al. Silicon nanostructures for molecular sensing: a review
CN112499581A (zh) 一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法
Sanger et al. Large-scale, lithography-free production of transparent nanostructured surface for dual-functional electrochemical and SERS sensing
CN109520977B (zh) 一种用于多体系检测的超浸润纳米枝状金/石墨烯微芯片
TWI464389B (zh) Surface Enhancement Raman Spectroscopy Element and Its Manufacturing Method and Application
Li et al. Fabrication of an AAO-based surface-enhanced Raman scattering substrate for the identification of levofloxacin in milk
KR20170066089A (ko) 금속 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조되는 금속 나노구조체를 포함하는 표면증강라만산란 분광용 기판
Joshi et al. Novel pH-responsive nanoplasmonic sensor: controlling polymer structural change to modulate localized surface plasmon resonance response
Ansah et al. In-situ fabrication of 3D interior hotspots templated with a protein@ Au core–shell structure for label-free and on-site SERS detection of viral diseases
Lee et al. Sub-100 nm gold nanohole-enhanced Raman scattering on flexible PDMS sheets
Intartaglia et al. Fast and cost-effective fabrication of large-area plasmonic transparent biosensor array
Zhang et al. Fabrication of flexible SERS substrate based on Au nanostars and PDMS for sensitive detection of Thiram residue in apple juice
Duan et al. Flexible SERS active detection from novel Ag nano-necklaces as highly reproducible and ultrasensitive tips
Sarkar Daily-Life Candidates as Flexible SERS Substrates for Pesticide Detection: a Comparative Study.
KR102028432B1 (ko) 3차원 다공성 나노플라즈몬 네트워크를 이용한 표면증강라만 분석법
Kleps et al. Study of the micro-and nanostructured silicon for biosensing and medical applications
TWI678527B (zh) 一種分子檢測方法
Song et al. Floating Ag-NPs@ Cu-NW bundles fabricated on copper mesh for highly sensitive SERS detection of uric acid in pretreatment-free urine
KR20140046517A (ko) 표면증강 라만 산란 센서 및 그 센싱방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees