[发明专利]一种用于气体检测的表面增强拉曼散射基底材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于气体检测的表面增强拉曼散射基底材料及其制备方法，基底材料包括基底层，基底层为设置有粗糙工作面的无机材质基底，工作面负载原位生长的金纳米岛结构，本发明通过在具有粗糙面的无机基底上原位生长金属纳米颗粒，形成独特的金属纳米岛结构，通过调控金属纳米颗粒的大小至30‑250nm，以及其间距排列为1‑80nm，金属纳米颗粒之间相互产生耦合作用，显著增强了金属纳米颗粒表面的局域电磁场强度，有效提高待检测物拉曼信号强度，另外基底材料与金属‑有机框架薄膜材料结合，进一步增加了材料的比表面积，有效提升气体吸附量，使得该表面增强拉曼散射基底能够应用于癌症患者呼出气体标志物的检测。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼散射技术领域，尤其是涉及一种用于气体检测的表面增强拉曼散射基底材料以及其制备方法。

背景技术

呼出气体中的挥发性有机化合物(VOCs)是人体代谢过程中的产物。对于癌症病人，肿瘤细胞的产生过程伴随着特定基因和蛋白质的变化，同时会在细胞膜表面发生过氧化反应，从而导致代谢产物中VOCs的变化。另一方面，癌症会影响人体血液循环，通过肺部的交换作用使呼出气体中VOCs含量也会发生相应变化。不但癌症患者呼吸中的VOCs的成分与健康人有着明显的区别，而且对于不同的癌症，VOCs的含量和比例也不一样，因此，通过对人体呼出气体中的VOCs的分析可以实现对癌症的早期筛选和诊断。相比现有的利用血液检测癌症的方式，呼出气体检测方法具有操作简单、无创、非侵入式等优点，能够有效减少病人的痛楚。

目前，常用的气体检测技术包括气相色谱-质谱联用(GC-MS)、气敏电阻传感器、石英微天平传感器和比色传感器等，但上述方法存在设备昂贵、样品处理复杂或检测灵敏度低、结果易假阳性等缺点。

表面增强拉曼散射(SERS)技术是利用分子振动信息得到相应的特征指纹谱图，可以实现对分子特异性识别。同时在激发区域内，由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射(NRS)信号大大增强，最低可实现单分子水平检测。因而，SERS技术可以应用于微量物质的检测，同时还具有样本处理方法简单、受干扰物影响小、能原位检测等优势。

在应用至气体检测领域时，由于待检测气体的含量通常较低，且难以被吸附采集，常规表面增强拉曼散射基底材料，往往达不到癌症呼出气体标志物的检出限。目前，现有技术中通过在SERS基底材料修饰能与某些气体分子特异性结合的有机小分子的方法，增加对检测物质的吸附量，从而达到较低的检测限。但这种方法具有较高的特异性，只能专一地检测某一种或某一类气体分子，如专利号为CN108072641A的表面增强拉曼散射基底材料的制备方法及气体检测的方法，通过功能化修饰4-氨基苯硫酚、4-羟基苯硫酚或2-羧基苯硫酚中的一种或几种，优选为4-氨基苯硫酚，上述方法制备的SERS基底材料只能针对单一种类的气体检测，对于其它气体没有响应，因而应用范围有限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高灵敏度的用于气体检测的表面增强拉曼散射基底材料，并进一步应用于癌症呼出气体中的标志物气体的检测。

为实现上述目的，本发明提供一种用于气体检测的表面增强拉曼散射基底材料，包括基底层，基底层为设置有粗糙工作面的无机材质基底，工作面负载原位生长的金纳米岛结构，所述金纳米岛由粒径为30-250nm的金纳米颗粒，以1-80nm间距排列组成。

进一步的，所述金纳米岛表面覆盖有多孔金属-有机框架薄膜(MOF)，所述多孔金属-有机框架薄膜为ZIF-8或者ZIF-67，其薄膜厚度为50-500nm。

进一步的，所述基底层为普通玻璃、ITO玻璃、硅片中的任意一种。

本发明还提供一种用于气体检测的表面增强拉曼散射基底材料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一、通过砂纸打磨基底形成粗糙工作面，清洗液超声清洗后，干燥玻璃片；