[发明专利]一种表面增强拉曼散射衬底及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面增强拉曼散射衬底及其制备方法，包括球形空壳和薄膜，薄膜覆盖在球形空壳的上半球面，构成复合微腔结构，所述的球形空壳为ZnO、TiO₂、Al₂O₃、GaN、AlN中任意一种空壳，所述的薄膜为Ag薄膜或者Au薄膜。该衬底的制备方法包括自组装阵列模板、调节阵列模板、在阵列模板上沉积ZnO、TiO₂、Al₂O₃、GaN、AlN中任意一种、氮气氛围内退火、在退火后的阵列模板上沉积Ag薄膜或者Au薄膜。本发明应用复合微腔结构的多极模式耦合共振机制实现操作简单、检测迅速、高灵敏的优点，在食品安全、兴奋剂检测等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属表面等离激元共振和介质腔光学共振，以及两种模式的耦合技术，尤其是涉及一种表面增强拉曼散射衬底及其制备方法。

背景技术

β-兴奋剂具有促进蛋白质合成、加快脂肪代谢、提高胴体的瘦肉率等作用，曾被用作饲料添加剂。人一旦食用该类动物食品会引发中毒现象，长期食用危害更大。因此，准确快速方便的检测β-兴奋剂的方法对于食品安全意义重大。PATP，即对巯基苯胺，可运用于拉曼免疫检测中。

β-兴奋剂检测面临两大问题：一是不能准确定性、定量检测，检出限大；二是检测过程成本过高。当前检测β-兴奋剂的方法主要有气相色谱-质谱法(GC-MS)、高效液相色谱法(HPLC)、酶联免疫吸附法(ELISA)、液相色谱-质谱/质谱法(HPLC-MS/MS)等。酶联免疫吸附法是一种快速且操作简便的筛选药物残留的方法，但存在影响因素多和易出现大量假阳性结果不能满足快速准确的检测要求。色谱法检测准确且灵敏，但过程缓慢且过于繁琐，对设备和操作人员要求较高，满足不了快速检测的要求。

表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering，SERS)是指检测分子吸附在特殊衬底上，产生拉曼信号增强的现象，一般通过对衬底进行表面的粗糙化，来达到增强散射信号的目的。当今，研究热门是制备出特殊金属纳米结构的衬底实现拉曼散射信号增强。SERS信号的增强机理主要有物理增强和化学增强，其中，以表面等离激元共振现象(surface plasmon resonance，SPR)为主的物理增强被认为占主导地位。

金属纳米结构在特定光波长下，表面自由电子随着外界电磁场发生相干共振，称为表面等离激元共振现象(SPR)。会形成一个局域增强的电磁场，用于增强分子的拉曼散射信号，即表面增强拉曼散射(SERS)。

热点(hot spots)是局域表面等离激元共振(local surface resonance，LSPR)效应或相互耦合效应产生的超强的近场增强点，其光场强度可达到10³数量级以上，对于高灵敏SERS检测具有重大意义。

Ag是贵金属的一种，具有极高的导电性和导热性，在金属等离激元方面应用广泛。尺寸和光波长相当的电介质球形或球壳层形的微米、纳米颗粒可以作为具有低品质因子(Quality factor)的光学共振腔，这种谐振模式称为“回音壁模式”(Whispering GalleryModes，WGM)。ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体材料，带隙约为3.4eV，在可见光区域呈透明，具有良好导电性。