[发明专利]金纳米点阵表面增强拉曼活性基底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金纳米点阵表面增强拉曼活性基底及其制备方法，特别是一种基于UTAM（Ultra-Thin Alumina Mask，超薄氧化铝模板）表面纳米制备技术的金纳米点阵表面增强拉曼活性基底及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱 （Surface enhanced Raman spectroscopy，SERS）是一种研究分子表面及其相互作用的高灵敏度的实时无损检测技术。表面增强拉曼光谱技术克服了普通拉曼光谱技术低灵敏度的缺点，能够给出分子结构信息，推测分子在基底表面的吸附取向，在生物、化学、医学应用以及环境监测的领域有着广泛的应用。SERS的信号与基底有着十分紧密的关系，SERS基底的活性直接影响着表面拉曼增强效果，而如何制备高灵敏度、重复性好、高度均一稳定的SERS活性基底是其关键问题和研究热点之一。

目前常用的传统SERS活性基底很多，如：电化学粗糙化的贵金属活性电极基底，贵金属溶胶活性基底，真空蒸镀贵金属岛膜活性基底以及化学刻蚀和化学沉积贵金属的活性基底，但这些自组装活性基底提供的表面粗糙度难以控制，因而影响了吸附分子光谱的稳定性、均一性和重复性。近年来研究较多的制备有序表面纳米结构的方法都有一些制备和应用上的缺点和局限性，例如：用电子束光刻和扫描探针法所制备的表面纳米结构的面积很小，产率低，设备昂贵；对于自组织生长法和纳米压印法，通常较难调节表面纳米结构的结构参数。而且由于其制备程序繁琐，制备成本高以及制备效率低等原因限制其发展。因此，急需开发一种高效灵活、低成本，能制备高灵敏度、可重复、均一稳定的大面积、结构可控的纳米结构SERS衬底的方法。

最近，新型的UTAM（Ultra-Thin Alumina Mask，超薄氧化铝模板）表面纳米制备技术提供了一种有效的制备大面积和结构可控的表面纳米结构的方法。UTAM表面纳米制备技术具有很多优点，包括可调的结构参数（大小、间距、形貌、排列、晶体结构）、大面积制备、可控的性能、高密度、快速和高产出、低设备投入，这些优点使得UTAM表面纳米制备方法成为了Surface Nano-Patterning研究领域内的一个很有前景的研究方向而受到了广泛的关注。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种金纳米点阵表面增强拉曼活性基底。

本发明的目的之二在于提供一种基于UTAM（Ultra-Thin Alumina Mask，超薄氧化铝模板）表面纳米制备技术的金纳米点阵表面增强拉曼活性基底的制备方法，以用于对痕量化合物和生物分子进行检测分析。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金纳米点阵表面增强拉曼活性基底，其特征在于该基底以硅单晶为衬底，在硅表面沉积金纳米颗粒阵列结构；所述的金纳米颗粒的粒径为16～85 nm，颗粒中心距为99～111 nm。

一种制备上述的金纳米点阵表面增强拉曼活性基底的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.超薄氧化铝模板（UTAM）制备；

b.UTAM孔径调节；

c.UTAM转移到Si衬底上；

d.金属纳米点阵表面增强拉曼活性基底的制备：将步骤才c所得UTAM/Si样品，在真空度为8×10^-4  Pa，电压90 V，蒸发速率0.3～0.5 nm/s条件下，蒸发金粉100～200 s；然后去除UTAM，得到金纳米点阵表面增强拉曼活性基底。

制备上述的超薄氧化铝模板（UTAM）的具体步骤为：   

a_1.铝片的预处理：将0.2 mm厚99.999%的高纯铝片在丙酮中超声波清洗30 min，氮气保护下450～550℃退火，然后在温度0℃的乙醇及高氯酸的混合液中，750 mA恒流条件下进行电化学抛光；

a_2.阳极氧化：将经步骤a_1处理后的铝片以0.3 M草酸溶液为电解液，在40 V恒电压下进行第一次阳极氧化处理后，时间为：7～12 h；然后在温度60℃条件下于质量分数6%磷酸和1.8%铬酸的混合液中浸泡10 h，再以0.3 M草酸溶液为电解液，在40 V恒电压下进行第二次阳极氧化3～5 min；

a_3.未反应铝基底的去除：将步骤a_2所得氧化铝模板浸没在CuCl₂和HCl的混合液中，将未氧化的铝基底完全溶掉，以获得纯的超薄氧化铝模板。

上述的UTAM孔径调节具体步骤为：将氧化铝模板的阻碍层朝下漂浮在30℃，质量百分比为5%的稀磷酸溶液中，扩孔时间为45～60 min，得到不同孔径的UTAM。