基于Teflon和金纳米星的SERS荧光双模式光纤检测器及制备方法

本发明涉及表面增强拉曼散射(sers)光谱检测技术，荧光光谱分析技术和光纤传感，涉及一种基于teflon和金纳米星的sers荧光双模式光纤检测器及其制备方法。

背景技术：

1、光谱分析方法在医学检测方面有极其广泛的应用，特别是活体内检测，例如荧光光谱检测的优势在于非常高的灵敏度，适用于生物体内标志物的痕量分析，而拉曼光谱常被称作“指纹光谱”，可以根据光谱峰值位置，判断检测物质分子或原子运动状态，以确定检测物质的种类。单光谱各有优势，然而往往不能提供足够多的检测信息。例如荧光出射光谱在复杂的液体环境中极易发生重叠，根据其出射光谱的峰值很难对测量的样品分子进行定性分析；而sers光谱在液体环境中的稳定性表现一般不令人信服，很难采用sers光谱实现定量分析。于是双光谱或多光谱检测越来越引起了大家的兴趣。对于活体内生物标志物的检测，现有的双模式检测方法多基于颗粒状的双模式探针分子，然而，这些双模式检测探针分子很难逃脱被身体器官吸收掉，不能起到作用的命运。因此，开发一种具有多光谱检测能力的多模式检测器十分重要。

2、光纤检测器具有高灵敏度，体积小，耐腐蚀，抗电磁干扰等优点。因此，基于光谱检测技术的光纤检测器件，具有灵敏度高，特异性高和使用方便等优势。通过光纤微加工技术对光纤结构进行优化后，纤芯中的光在形变区域泄漏产生倏逝场，大大的提高了信号收集的效率。光在光纤中的传输几乎是“封闭”式的，在荧光测量中可以避免环境光的影响，并且光纤收集到的光谱信号可以基本无损的传输到光谱仪中。将光纤制成双模式检测器，具有非常好的应用前景，目前，亟待解决的一个重要的问题是如何在同一根光纤器件上同时保留双光谱的检测区域。

3、sers金属基底的制作方式一般包括物理沉积、化学组装和激光诱导等方式，制作sers基底的可控性一直是研究的重点。sers增强的机理主要分为电磁增强和化学增强，其中电磁增强占主要部分。电磁增强分为传导型局域电磁场和局域型电磁场增强，其中局域型电磁场增强占了主要部分。所以相比于平滑的sers金属基底，往往纳米级的岛状、颗粒状或自身具有特定形状的金属基底能提供更多的纳米间隙，形成局域型电磁场增强，获得更强的拉曼信号检测能力。

技术实现思路

1、为了解决颗粒状双模式检测探针分子容易被身体器官吸收的问题，解决拉曼增强的信噪比与均匀性问题，解决测量便携性问题，本发明提供了一种基于teflon和金纳米星的sers荧光双模式光纤检测器，在一根光纤检测器上实现了sers与荧光两种模式的光谱检测，具有体积小，制作简单，操作方便，获得光谱信息全面以及成本低等优点。

2、本发明的第一目的是公开一种基于teflon和金纳米星的sers荧光双模式光纤检测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：ⅰ)电弧放电、加热熔融法加工多模光纤，得到锥形光纤；ⅱ)超声清洗锥形光纤去除表面灰尘；ⅲ)采用磁控溅射镀膜方式对锥形光纤的半侧面镀teflon膜；ⅳ)采用化学镀的方式在所述锥形光纤空白半侧面组装金纳米星膜，即制备得到了基于teflon和金纳米星的sers荧光双模式光纤检测器。

3、本发明所述的制备方法，步骤ⅰ)中，所述电弧放电、加热熔融法加工多模光纤采用的仪器是大型光纤熔接处理站。

4、本发明所述的制备方法，步骤ⅰ)中，所述多模光纤的纤芯直径为105μm，包层直径为125μm。

5、本发明所述的制备方法，步骤ⅰ)中，所述锥形光纤的锥形过渡区长度为600μm，锥腰直径为30μm，锥腰长度为1500μm，锥角为5°。

6、本发明所述的制备方法，步骤ⅱ)中，所述超声清洗的时间为5min，功率为60w。

7、本发明所述的制备方法，步骤ⅲ)中，所述高真空磁控溅射镀膜的电源为射频模式，可进行非金属的溅射。

8、本发明所述的制备方法，步骤ⅳ)中，所述化学镀过程包括令锥形光纤依次浸泡在食人鱼溶液、硅烷剂溶液、金纳米星胶体溶液中使锥形光纤空白半侧面表面羟基化、氨基化以及自组装金纳米星膜。

9、本发明所述的制备方法，所述的金纳米星胶体溶液中金纳米星的直径约为50nm。

10、本发明的第二目的是公开基于teflon和金纳米星膜的光纤型sers荧光双模式检测器，包括输入/输出多模光纤、锥形光纤、teflon膜、金纳米星膜；输入/输出多模光纤与锥形光纤的未拉制端相连，锥形光纤拉制端的侧面一半表面镀有teflon膜，另一半表面镀有金纳米星膜；锥形光纤拉制端镀teflon膜侧面可检测荧光信号，镀金纳米星膜侧面可检测表面增强拉曼信号，即实现同一器件的双模检测功能。

11、本发明与现有技术相比的有以下的有益效果：

12、相比于容易被人体吸收的颗粒状双模式检测探针分子，基于光纤的检测器更能够实现活体内原位、实时监测。

13、利用teflon材料的透光性、耐腐蚀以及疏水性，使金纳米星化学镀流程中荧光接收区域表面得到保留，实现单器件两种光谱信号的高效接收。

14、在sers检测领域，与磁控溅射镀金膜的方法相比，化学镀金方法的优势在于：化学镀方法可以通过调控溶液中电荷的极性来调整金纳米基底的规律分布；通过制作不同微结构的金纳米颗粒，例如球形、棒状、星形等，能够提供更多的“热点”，使拉曼信号得到更大的增强；通过再组装配体的方式增强器件的特异性，对某一特定分子进行检测，使光纤双模式检测器的应用更加灵活。

15、基于teflon和金纳米星膜的光纤型sers荧光双模式检测器的器件制备方法，制作过程简单，制作成本低。

技术特征：

1.基于teflon和金纳米星的sers荧光双模式光纤检测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅰ)中，所述电弧放电、加热熔融法加工多模光纤采用的仪器是大型光纤熔接处理站。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅰ)中，所述多模光纤的纤芯直径为105μm，包层直径为125μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅰ)中，所述锥形光纤的锥形过渡区长度为600μm，锥腰直径为30μm，锥腰长度为1500μm，锥角为5°。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅱ)中，所述超声清洗的时间为5min，功率为60w。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅲ)中，所述高真空磁控溅射镀膜的电源为射频模式，可进行非金属的溅射。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅲ)中，所述teflon膜的厚度约10nm，为透明状态，可以保证荧光信号的检测。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅳ)中，所述化学镀过程包括令锥形光纤依次浸泡在食人鱼溶液、硅烷剂溶液、金纳米星胶体溶液中使锥形光纤空白半侧面表面依次羟基化、氨基化以及自组装金纳米星膜。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的金纳米星胶体溶液中金纳米星的直径约为50nm。

10.一种由权利要求1～9任一项所述的方法制备得到的基于teflon和金纳米星膜的光纤型sers荧光双模式检测器，其特征在于：包括输入/输出多模光纤(1)、锥形光纤(2)、teflon膜(3)、金纳米星膜(4)；输入/输出多模光纤(1)与锥形光纤(2)的未拉制端相连，锥形光纤(2)拉制端的侧面一半表面镀有teflon膜(3)，另一半表面镀有金纳米星膜(4)；锥形光纤(2)拉制端镀teflon膜(3)侧面可检测荧光信号，镀金纳米星膜(4)侧面可检测表面增强拉曼信号，即实现同一器件的双模检测功能。

技术总结
本发明提供了基于Teflon和金纳米星的SERS荧光双模式光纤检测器及制备方法。双模式光纤检测器主要由输入/输出多模光纤、锥形光纤、Teflon膜、金纳米星膜组成。双模式光纤检测器件的制备方法包括：Ⅰ)电弧放电、加热熔融法加工多模光纤，得到锥形光纤；Ⅱ)超声清洗锥形光纤去除表面灰尘；Ⅲ)采用磁控溅射镀膜方式对锥形光纤的半侧面镀Teflon膜；Ⅳ)采用化学镀的方式在所述锥形光纤空白半侧面组装金纳米星膜，即制备得到了基于Teflon和金纳米星的SERS荧光双模式光纤检测器。本发明能够实现表面增强拉曼和荧光信号的双模式检测，体积小并且侵入性损伤低，收集的光谱信息全面并且信噪比高。用于内窥镜系统中时，有望实现体内生物标志物的痕量、原位和实时检测。

技术研发人员：陈慧芳,郑之瀚,栗铭潞
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17