[发明专利]一种用于拉曼定量和成像的二维柔性器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可用于拉曼定量和成像分析的二维柔性器件及其制备方法。该器件由两片化学气相沉积法制备的单层石墨烯(1LG)以及夹在它们之间的自组装金纳米星(AuNSs)单层组成，并用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜固定。将内标物(IS)固定在该器件的上层1LG表面，并用下层1LG检测待测物，在一定波长的光激发下可同时获得互不干扰的IS和待测物的表面增强拉曼(SERS)信号，用IS法获得可靠的SERS定量结果。该器件具有超薄的二维结构和优异的柔性特征，可以贴在任意物体表面，实现溶液与固体表面多种样品的检测，并可基于SERS信号，获得固体表面待测物的SERS成像结果。该器件具有优异的稳定性、重复使用性以及结构可变性，可用于多种场合、多种待测物的拉曼定量检测和成像研究，具有广阔的应用前景。

一、技术领域

本发明涉及一种可用于拉曼定量和成像的二维柔性器件及其制备方法。

二、背景技术

从上个世纪七十年代至今，表面增强拉曼散射(SERS)技术得到了飞速的发展。SERS将原本强度很弱的拉曼散射信号增强了10⁸倍以上，使得它不仅可以提供待测物分子的结构信息，还可实现低至单分子的超灵敏检测，从而成为一种有力的分析方法。然而，由于三方面原因：(1)SERS信号对基底和周围环境高度敏感，使其容易受到干扰；(2)SERS信号主要来源于“热点”区域，而非所有与基底接触的待测物分子，导致信号均匀性较差；(3)金属基底与待测物分子之间的复杂相互作用会干扰信号测定，SERS技术的定量能力相对较差，制约了其应用。因此，发展有效的SERS定量方法具有重要的意义。

目前的SERS定量手段大致分为以下两类：通过人为调控，制备具有均匀“热点”的SERS基底；制备包含有内标物(IS)的纳米溶胶体系，通过内标法进行定量。这些方法在一定程度上改进了SERS的定量能力，但制备要求高、操作复杂、难以获得稳定及高重现性的信号，因而难以用于实际样品的检测。

金纳米星(AuNSs)相对于普通球形金纳米粒子而言，其表面的多枝状结构使其具有更优异的SERS能力。而石墨烯作为热门的二维材料，不仅可直接作为SERS基底，还可改善其它SERS基底的信号稳定性及重现性。本发明将AuNSs与单层石墨烯(1LG)结合起来，制备含有双面结构的二维1LG-AuNSs-1LG柔性器件，一面固定合适的IS分子，一面与待测物接触进行SERS检测，从而同时获得互不干扰的IS和待测物信号。经IS信号的校正后，可用标准曲线法进行待测物的SERS定量分析，并可对待测物表面进行原位SERS成像。

三、发明内容

本发明的目的是：基于内标法原理，设计可同时获得IS和待测物SERS信号的1LG-AuNSs-1LG二维柔性器件，通过内标信号的校正，获得待测物的SERS定量信息。以罗丹明6G(R6G)分子为模型，该器件实现了从0μM到8.0μM的SERS定量分析，其线性相关系数R为0.9975。用水果表面的农药分布检测证实了该器件的SERS成像能力。

本发明提出的二维柔性拉曼器件的制备过程如图1所示。以AuNSs单层和两片1LG为其基底，在其上部1LG表面吸附IS分子，然后用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜进行整体固定。下部1LG表面可贴在任意检测物上，在上部1LG表面采集IS与待测物的SERS信号进行分析。

本发明通过以下技术方案来实现：

1)如图1所示，先用化学气相沉积法在铜箔表面沉积1LG，将IS分子吸附在一片1LG的表面，用旋涂法在其表面包裹PMMA膜后将铜箔刻蚀掉，得到表面固定IS的1LG复合膜；

2)在另一片1LG上自组装一层单层AuNSs，将(1)中得到的复合膜转移到其表面；用PMMA膜进行整体固定后将铜箔刻蚀掉，得到二维柔性拉曼器件。

本发明的工作原理：