[实用新型]抗偏振敏感光栅-金属纳米颗粒溶胶双增强基底

说明书

本实用新型涉及一种抗偏振敏感光栅‑金属纳米颗粒溶胶双增强基底，其结构包括二维银正弦光栅和附着在二维银正弦光栅上的金纳米颗粒溶胶层；所述二维银正弦光栅是采用二氧化硅玻璃作为衬底材料，在其上均匀旋涂有光刻胶层，利用双光束激光干涉光刻技术在光刻胶层上形成均匀的二维正弦光栅结构，并使用热蒸镀法在二维正弦光栅结构的表面蒸镀一层均匀的银薄膜；所述金纳米颗粒溶胶层是在溶胶中含有粒径在80~120nm、粒子浓度为7.5×10^‑9mol/L的金纳米颗粒，所述金纳米颗粒均布在所述溶胶中。本实用新型克服了SERS信号对入射激光电场偏振方向的敏感性，具有灵敏度高、重现性好和可靠度高等特点，且能实现痕量物质的实时表面增强拉曼散射检测。

技术领域

本实用新型涉及一种抗偏振敏感痕量物质表面增强拉曼散射基底，具体地说是一种抗偏振敏感光栅-金属纳米颗粒溶胶双增强基底。

背景技术

表面增强拉曼散射（SERS）是一种高灵敏的痕量分析和探测技术，可以在分子水平上识别物质的结构信息，且具有不易受水干扰和稳定性好等特点。

影响SERS效应的因素有很多，包括介质的表面形貌、介质的表面分子结构、分子在介质表面的取向、分子的成键作用、电场梯度变化以及入射光的强度、频率、偏振方向等等。通过控制基底结构的形貌可以有效地对基底表面等离极化激元（SPP）及局域表面等离激元（LSP）进行调制，从而设计出满足科研、生产实际需求的各种表面增强拉曼散射基底。

目前，人们利用各种物理、化学方法制备出多种不同形貌的散射基底，如纳米小球、纳米棒、纳米三角板等，并广泛应用于各类表面增强拉曼散射检测技术中，取得了显著的成果。但是，现有的这些基底结构还存在有一个共同的缺陷，即金属表面SPP及LSP受激发光场的电场偏振方向的影响很大。

当前SERS检测领域应用的激光光源通常是线偏振光，这种激光具有单一的电场偏振方向。当激光的电场偏振方向与表面增强拉曼散射基底结构的SPP及LSP的激发方向相同时，可以检测到极强的拉曼信号；而当方向不同时，检测到的拉曼信号会极大地减弱，且随着方向偏差的增大，所检测到的拉曼信号就会越弱；当方向偏差过大时，甚至无法检测到拉曼信号。这就导致了表面增强拉曼散射检测具有很大的不确定性、不可靠性和低重复性的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种抗偏振敏感光栅-金属纳米颗粒溶胶双增强基底，以降低现有表面增强拉曼散射基底对入射激光的电场偏振方向所具有的高度敏感性。

本实用新型是这样实现的：一种抗偏振敏感光栅-金属纳米颗粒溶胶双增强基底，包括二维银正弦光栅和附着在二维银正弦光栅上的金纳米颗粒溶胶层；

所述二维银正弦光栅是采用二氧化硅玻璃作为衬底材料，在其上均匀旋涂有光刻胶层，利用双光束激光干涉光刻技术在光刻胶层上形成均匀的二维正弦光栅结构，并使用热蒸镀法在二维正弦光栅结构的表面蒸镀一层均匀的银薄膜；

所述金纳米颗粒溶胶层是在由四氯金酸溶液和柠檬酸钠溶液混合加热制成的溶胶中含有粒径在80~120nm、粒子浓度为7.5×10^-9mol/L的金纳米颗粒，所述金纳米颗粒均布在所述溶胶中。

所述二氧化硅玻璃衬底的厚度为1mm，二维银正弦光栅的周期为770nm，银薄膜的厚度为100nm。

在痕量物质的实时表面增强拉曼散射检测中，金纳米颗粒吸附被测痕量物质形成二聚体，当二聚体处于二维银正弦光栅表面的广域增强电场中时，银纳米光栅表面等离激元极化共振波形成的表面电场增强和金纳米颗粒间隙中局域表面等离激元共振波形成的间隙电场增强能够发生耦合作用（SPP-LSP耦合），使局域电场强度得到极大的增强，从而提高了痕量物质的表面增强拉曼散射检测灵敏度。

本实用新型通过在金属正弦光栅基底的基础上增加金属纳米颗粒溶胶，将这两种基底结合在一起，由此实现了金属表面局域电场的双重增强，从而实现了对SERS信号的增强。