基於微波技術製備增強拉曼散射基底納米銀薄膜的方法
2023-04-29 21:50:16
專利名稱：基於微波技術製備增強拉曼散射基底納米銀薄膜的方法
技術領域：
本發明屬於納米技術應用，尤其是涉及一種新型、高效、生物兼容性NIR-SERS基底的納米銀薄膜製備方法技術領域。
背景技術：
表面增強拉曼散射(SERS)光譜技術，由於可檢測到單個分子近年來在物理、化學、生物等各方面都得到了廣泛的應用。該技術中所必須使用的SERS基底的製備方法很多，主要有化學還原法、電解法、雷射燒蝕法、真空蒸鍍法、磁控濺射等方法。通過不同方法所製備的SERS基底各具優缺點。例如，納米銀溶膠的製備，傳統上常採用硼氫化鈉還原硝酸銀和檸檬酸鈉還原硝酸銀這兩種方法，但很難製備出粒徑分布較窄、具有固定尺寸的納米銀粒子。而且，在進行SERS研究時常會受到來自硼氫酸根、檸檬酸根離子的幹擾，甚至得不到靶分子的SERS譜。為解決這一難題，人們發展了雷射燒蝕法製備膠態納米銀粒子，而且可以獲取各種形狀的納米銀粒子，如盤狀、線狀、棒狀等。但這種方法要求的製備條件較高，必須具備高功率大型雷射設備，限制了邊遠地區無大型雷射設備科研單位的應用。總體上講，膠態納米金屬粒子作為SERS基底穩定性差，尤其是當加入分析物後膠態粒子會發生凝聚，使得基於膠態納米金屬粒子的SERS光譜重現性差。近年來， 國內外利用真空蒸鍍(Vacuum Evaporation)、磁控濺射(Magnetron Sputtering)等技術在玻璃、矽片及陽極氧化鋁模板(AAO)等基底上沉積生長納米銀薄膜作為SERS基底，具有較強的增強效果和優良的穩定性，但所用設備昂貴、製備條件要求很高，限制了其推廣應用。在生物大分子SERS檢測中碰到的一個具體的問題是生物大分子的拉曼散射截面很小，很難得到其有效的拉曼散射信號，大大限制了拉曼光譜技術在該領域的應用和推廣；同時，在生物大分子表面增強拉曼光譜(SERS)研究中，激發光波長也是一個重要因素。 研究發現，當激發光波長小於514. 5nm時會導致蛋白質分子「光致損傷」，即便激發光的強度很弱；同時，會引起生物大分子較強的螢光發射，這對生物大分子的拉曼信號影響很大。 然而，當激發光波長大於660nm時則不會導致蛋白質分子「光致損傷」，即便是激發光的功率密度達到1.27X108W/m2;同時，可以降低生物大分子的螢光發射。因此，在生物大分子 SERS研究中，採用近紅外激發光源可以有效避免生物大分子「光致損傷」和螢光效應。近年來，近紅外表面增強拉曼散射(OTR-SERQ光譜技術，以其獨特優勢成為研究生物大分子結構的有力手段而倍受研究者關注。目前，在生物大分子NIR-SERS研究領域，由於缺乏穩定、 高效且具有生物兼容性的NIR-SERS基底而倍受限制。現有的多數SERS基底，一方面缺乏生物兼容性；另一方面，其等離子體共振峰不屬於近紅外取，不能很好的應用於生物大分子的NIR-SERS檢測。因此，製備新型廉價、穩定、高效、生物兼容性NIR-SERS基底是NIR-SERS 光譜技術應用於生物大分子結構分析的關鍵，也是目前國內外的研究熱點。
發明內容
本發明的目的在於克服現有的多數SERS基底生物兼容性和通用性不足的問題，進而提供一種高效檢測生物大分子的納米銀薄膜作為OTR-SERS基底，其原理是利用微波加熱原理獲得正電性納米銀粒子，使帶正電的納米銀顆粒在膠體中直接吸附並沉澱在帶負電的玻璃基底表面上。採用此方法製備出的納米銀薄膜，其等離子體共振峰位於SOOnm附近，屬於近紅外區域，可以很好的匹配處於近紅外區的激發光源。該激發光一方面可以有效避免生物大分子螢光效應，同時可以避免生物大分子的「光致損傷」；另外，基底對生物大分子有特別好的螢光淬滅和表面增強效果。本發明是通過如下技術方案來實現的。基於微波技術製備增強拉曼散射基底納米銀薄膜的方法，本發明製備方法是，將 50. 0 90. Omg硝酸銀AgN03固體顆粒、100. 0 140. Omg聚乙烯醇[C2H40]n粉末和10. 0 30. Omg檸檬酸鈉C6H507Na3固體顆粒加入到200mL電阻率> 18ΜΩ . cm的超純水中，經溶解後倒入正方形耐高溫塑料容器內；取若干片常用載玻片用98%的濃硫酸溶液浸泡、清洗； 然後將清洗過的載玻片放入200mL氨水和雙氧水的混合液中浸泡5 15h，該混合液中氨水和雙氧水兩者的體積比為1 1，其中氨水濃度為觀％，雙氧水濃度為30%;然後用自來水對載玻片清洗2 4遍，再用超純水衝洗2 4遍；把經過以上處理的常用載玻片緊緊固定在正方形耐高溫塑料容器中使其只有一面跟硝酸銀、聚乙烯醇和檸檬酸鈉混合液接觸；把盛有以上載玻片和混合液的耐高溫塑料容器放入到微波爐的微波作用腔內，然後利用微波進行加熱，加熱時間10 30min ；這樣在靜電力的作用下，使微波加熱製備的正電性納米銀粒子吸附到表面呈現負電性的載玻片上；而後把載玻片從反應溶液中拿出來晾乾，便可獲得穩定、高效且具有生物兼容性的近紅外表面增強拉曼散射基底納米銀薄膜。(其等離子體共振峰位於SOOnm附近，屬於近紅外區)。本發明的有益效果是，(1)這種納米銀薄膜製備條件簡單，花費低廉，具有廣泛的推廣使用價值。( 該納米銀薄膜穩定、高效且具有生物兼容性。經過對同一銀膜不同點的表面增強拉曼光譜的測試表明，此銀膜有很好的重複性，各樣品不同點的拉曼峰強和峰位基本一致。並且對於傳統SERS基底無法得到或者增強效果不好的表面增強拉曼光譜，如菸草花葉病毒、葡萄球菌、血紅蛋白、血清蛋白、DNA等，該基底均表現出很好的表面增強拉曼效應和重複性。本發明通過掃描電子顯微鏡觀測，納米銀顆粒的平均粒徑在100士20nm。 在常溫和潔淨的環境中，可隨時方便使用，並且保存銀膜的有效時間在一年以上。( 該納米銀薄膜的等離子體共振峰位於SOOnm附近的近紅外區域，可以匹配近紅外雷射來研究生物大分子的SERS效應，這樣可以有效的避免生物大分子的「光致損傷」和螢光效應。因此， 是一種很好的NIR-SERS基底。
具體實施例方式實施例一把50. Omg硝酸銀AgN03固體顆粒、IOOmg聚乙烯醇[C2H40]n粉末和10. Omg檸檬酸鈉C6H507Na3固體顆粒加入到200mL電阻率> 18ΜΩ . cm的超純水中，加熱充分溶解後倒入正方形耐高溫塑料容器內；取6片常用載玻片用98%的濃硫酸溶液浸泡、清洗；然後將清洗過的載玻片放入200mL氨水(28% )和雙氧水(30% )的混合液(兩者體積比為1 1) 中浸泡證，之後用自來水清洗三遍，再用超純水衝洗三遍；把經過以上處理的常用載玻片緊緊固定在正方形耐高溫塑料容器中使其只有一面跟硝酸銀、聚乙烯醇和檸檬酸鈉混合液接觸；把盛有以上載玻片和混合液的耐高溫塑料容器放入到微波爐的微波作用腔內，然後利用微波進行加熱，加熱時間30min。這樣在靜電力的作用下，使微波加熱製備的正電性納米銀粒子吸附並沉積到表面呈現負電性的載玻片上；而後把載玻片從反應液中拿出來晾乾，便可獲得穩定、高效且具有生物兼容性的NIR-SERS基底一一納米銀薄膜。實施例二把70. Omg硝酸銀(AgNCXB)固體顆粒和20. Omg檸檬酸鈉(C6H507Na;3)固體顆粒、 120mg聚乙烯醇([C2H40]n)粉末加入到200mL電阻率> 18ΜΩ. cm的超純水中，加熱充分溶解後倒入正方形耐高溫塑料容器內；取6片常用載玻片用98%的濃硫酸溶液浸泡、清洗； 然後將清洗過的載玻片放入200mL氨水( % )和雙氧水(30% )的混合液(兩者體積比為1 1)中浸泡10h，之後用自來水清洗二遍，再用超純水衝洗二遍；把經過以上處理的常用載玻片緊緊固定在正方形耐高溫塑料容器中使其只有一面跟硝酸銀、聚乙烯醇和檸檬酸鈉混合液接觸；把盛有以上載玻片和混合液的耐高溫塑料容器放入到微波爐的微波作用腔內，然後利用微波進行加熱，加熱時間20min ；這樣在靜電力的作用下，使微波加熱製備的正電性納米銀粒子吸附並沉積到表面呈現負電性的載玻片上；而後把載玻片從反應液中拿出來晾乾，便可獲得穩定、高效且具有生物兼容性的NIR-SERS基底納米銀薄膜。實施例三把90. Omg硝酸銀AgN03固體顆粒、140mg聚乙烯醇[C2H40]n粉末和30. Omg檸檬酸鈉C6H507Na3固體顆粒加入到200mL電阻率> 18ΜΩ . cm的超純水中，充分溶解後倒入正方形耐高溫塑料容器內；取6片常用載玻片用98%的濃硫酸溶液浸泡、清洗；然後將清洗過的載玻片放入200mL氨水和雙氧水(30%)的混合液(兩者體積比為1 1)中浸泡15h，之後用自來水清洗三遍，再用超純水衝洗四遍。把經過以上處理的常用載玻片緊緊固定在正方形耐高溫塑料容器中使其只有一面跟硝酸銀、聚乙烯醇和檸檬酸鈉混合液接觸；把盛有以上載玻片和混合液的耐高溫塑料容器放入到微波爐的微波作用腔內，然後利用微波進行加熱，加熱時間lOmin。這樣在靜電力的作用下，使微波加熱製備的正電性納米銀粒子吸附並沉積到表面呈現負電性的載玻片上；而後把載玻片從反應液中拿出來晾乾， 便可獲得穩定、高效且具有生物兼容性的NIR-SERS基底一一納米銀薄膜。
權利要求
1.基於微波技術製備增強拉曼散射基底納米銀薄膜的方法，其特徵是，將50. 0 90. Omg硝酸銀AgN03固體顆粒、100. 0 140. Omg聚乙烯醇[C2H40]n粉末和10. 0 30. Omg 檸檬酸鈉C6H507Na3固體顆粒加入到200mL電阻率> 18ΜΩ . cm的超純水中，經溶解後倒入正方形耐高溫塑料容器內；取若干片常用載玻片用98%的濃硫酸溶液浸泡、清洗；然後將清洗過的載玻片放入200mL氨水和雙氧水的混合液中浸泡5 15h，該混合液中氨水和雙氧水兩者的體積比為1 1，其中氨水濃度為觀％，雙氧水濃度為30%;然後用自來水對載玻片清洗2 4遍，再用超純水衝洗2 4遍；把經過以上處理的常用載玻片緊緊固定在正方形耐高溫塑料容器中使其只有一面跟硝酸銀、聚乙烯醇和檸檬酸鈉混合液接觸；把盛有以上載玻片和混合液的耐高溫塑料容器放入到微波爐的微波作用腔內，然後利用微波進行加熱，加熱時間10 30min ；這樣在靜電力的作用下，使微波加熱製備的正電性納米銀粒子吸附到表面呈現負電性的載玻片上；而後把載玻片從反應溶液中拿出來晾乾，便可獲得穩定、 高效且具有生物兼容性的近紅外表面增強拉曼散射基底納米銀薄膜。
全文摘要
基於微波技術製備增強拉曼散射基底納米銀薄膜的方法，是將50.0～90.0mg硝酸銀、100.0～140.0mg聚乙烯醇和10.0～30.0mg檸檬酸鈉加入到200mL超純水中溶解後倒入容器內；然後將用濃硫酸清洗過的載玻片放入200mL氨水和雙氧水的混合液中浸泡5～15h；然後分別用自來水、超純水對載玻片清洗2～4遍；再將處理的載玻片緊緊固定在容器中使其只有一面跟硝酸銀、聚乙烯醇和檸檬酸鈉混合液接觸；把盛有該載玻片和混合液的容器放入到微波爐內加熱10～30min；使微波加熱製備的正電性納米銀粒子吸附到表面呈現負電性的載玻片上；而後把載玻片從反應溶液中拿出來晾乾，便可獲得近紅外表面增強拉曼散射基底納米銀薄膜。本發明方法簡單，花費低廉，獲得的納米銀薄膜穩定、高效且具有生物兼容性。
文檔編號G01N21/65GK102183502SQ20111000700
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者劉仁明, 司民真, 張德清, 柳振全 申請人:楚雄師範學院