一种法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的SERS标签及其制备方法与应用

本发明涉及表面增强拉曼散射(sers)标签的制造方法的，具体涉及一种法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签及其制备方法与应用。

背景技术：

1、表面增强拉曼散射(sers)是将待测物质吸附在金属溶胶(如金、银、铜)表面或者粗糙金属表面时，该分子的拉曼信号大大增强的一种现象，已经应用于食品安全、疾病诊断和环境污染检测领域。在这些实际应用领域中，被检测的痕量分析物或分散在水和有机液体中，或附着在固体表面，或分散在气体混合物中。为了实现水溶液环境中痕量分析物的检测，各种具有密集热点(通常位于小于～10nm的间隙)的sers基底已经与微流控芯片系统集成。但是水溶液中的液体环境非常复杂，痕量分析物会受到整体环境中其他分子的影响，因此很难被有限的热点捕获，同时，由于介质的流动性，很难读出高强度和高信噪比的信号。为了减小布朗运动对金属等离激元纳米结构的影响，微流控系统涉及先进技术将该结构固定在微小区域，需要专业人员操作复杂程序，且设备昂贵。因此，迫切需要开发一种既能使激光、等离激元结构、痕量分析物更有效地相互作用，又简单、方便、低成本的快速、超灵敏的原位sers检测方法。

2、法布里-珀罗腔作为一种光学谐振腔，通常由两个平行面对的反射镜组成，可以使激光光子有效吸收和存储电磁场，是重要的光学现象之一，已应用于高精度光谱、光发射和检测、光纤传感器等。由于法布里-珀罗腔中支持远场效应的光学干涉，可以诱发强体积热点，因此法布里-珀罗腔有望提供更灵敏的sers检测。然而，利用法布里-珀罗腔检测水污染物和生物体液中标志物研究仍然很少，而且通过低成本、简单的方法获得法布里-珀罗腔与局域表面等离激元共振耦合的原位sers传感器仍然是亟需的。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签及其制备方法与应用。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签的制备方法，所述方法包括：

4、(1)在铜箔基底表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的甲苯溶液，自然干燥后，利用fecl3溶液刻蚀掉铜箔基底得到pmma柔性薄膜基底；

5、(2)利用热蒸镀技术在pmma柔性薄膜基底表面沉积一层铜膜，后沉浸在次氯酸钠溶液中反应生成氧化铜纳米刺突，形成氧化铜刺突/pmma柔性基底；

6、(3)利用磁控溅射技术在氧化铜刺突表面沉积银纳米颗粒，形成后银纳米颗粒/氧化铜刺突/pmma柔性基底，利用热蒸镀技术在银纳米颗粒/氧化铜刺突/pmma表面沉积金得到金@银纳米颗粒/氧化铜刺突/pmma柔性sers基底；

7、(4)将金@银纳米颗粒/氧化铜刺突/pmma柔性sers基底对折，加热，按压得到法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签。

8、本发明的第二个方面，提供了由上述制备方法的得到的法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签。

9、本发明的第三个方面，提供上述法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签应用于检测溶液中的生物标志物。

10、本发明的第四个方面，提供一种检测溶液中生物标志物的方法，所述方法包括：

11、将上述法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签浸入待检测的溶液中一段时间，利用便携式拉曼光谱仪探头对准sers标签外表面进行照射，收集原位拉曼光谱。

12、本发明的有益效果在于：

13、(1)本发明充分结合并发挥了金@银纳米颗粒、氧化铜刺突和pmma柔性基底三者的优势：由于局域表面等离激元共振效应，金@银纳米颗粒在激光激发下可以产生高强度局域热点；氧化铜刺突是竖直或倾斜，类似于树干形状，具有较大的比表面积为金@银纳米颗粒提供了丰富的附着位点；另外金@银纳米颗粒/氧化铜刺突/pmma柔性基底对折后，金@银纳米颗粒/氧化铜刺突交叉面对，类似于镜面相对，每两个金@银纳米颗粒/氧化铜刺突相对可以形成一个小的光学腔，整体形成一个法布里-珀罗光腔，激光陷入法布里-珀罗光腔后，经过多次反射，可以高效吸收光子能量，形成高强度的大体积热点；借助pmma薄膜优秀的柔性，允许基底对折，还具有高透过性，激光可以穿过pmma进入法布里-珀罗光腔，还能将法布里-珀罗光腔封装在内部，保护等离激元结构不受损，提高sers标签寿命。

14、(2)本发明提供的法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签，解决了微流控技术与sers平台集成用于溶液中痕量标志物检测的问题，综合了毛细作用、法布里-珀罗光腔、局域表面等离激元共振，有效激发高强度、大体积热点，使复杂溶液中痕量生物标志物更容易被大体积热点捕获，提高原位sers检测性能。

15、(3)本发明提供的法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签容易操作、可快速提取待检测溶液现场完成检测。

技术特征：

1.一种法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中铜箔基底的厚度为20～30μm，优选为25μm；

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述步骤(2)中热蒸镀腔内压强为8×10-5pa～4×10-4pa，优选为2×10-4pa；热蒸镀的速率为优选为pmma柔性基底所在的样品托盘转动速度为5rpm～20rpm，优选为10rpm；

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中沉积的应纳米颗粒的直径为15-30nm；

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中加热的温度为60～100℃，优选为80℃；

6.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备的法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签。

7.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备的法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签和/或权利要求6所述的sers标签应用于检测溶液中的生物标志物。

8.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述生物标志物为微囊藻毒素、腺嘌呤核苷、孔雀石绿。

9.一种检测溶液中生物标志物的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将权利要求1～5任一项所述的制备方法制备的法布里-珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的sers标签和/或权利要求6所述的sers标签应浸入待检测的溶液中一段时间，利用便携式拉曼光谱仪探头对准sers标签外表面进行照射，收集原位拉曼光谱。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对于微囊藻毒素(mc-lr)检测，需要将sers标签与微囊藻毒素的适配体通过au-s进行绑定，所述微囊藻毒素的适配体的结构为5′-shc6-ggcgccaaacaggaccaccatgacaattacccataccacctcatt atgccccatctccgc-3’。

技术总结
本发明公开了一种法布里‑珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的SERS标签的制备方法，包括：利用热蒸镀技术在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面沉积铜膜，通过与次氯酸钠溶液反应生成氧化铜纳米刺突，利用磁控溅射技术在氧化铜刺突表面沉积银纳米颗粒，利用热蒸镀技术再沉积金层，即得到金@银纳米颗粒/氧化铜刺突/PMMA柔性SERS基底，之后将该基底对折，加热，按压得到法布里‑珀罗光腔和局域表面等离激元共振耦合作用的SERS标签。本发明提供的SERS标签，综合了毛细作用、法布里‑珀罗光腔、局域表面等离激元共振，有效激发高强度、大体积热点，使复杂溶液中痕量生物标志物更容易被大体积热点捕获，提高原位SERS检测性能。

技术研发人员：李崇辉,林晓卉,许士才,王吉华,齐雪帆,申海娅,于雅琪,刘瑞敏,王梦秋,杜阳
受保护的技术使用者：德州学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13