[发明专利]一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑SERS衬底、加工方法及应用

说明书

本发明公开了一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑SERS衬底、加工方法及应用，属于激光微纳加工技术领域；利用飞秒激光改性对PTFE膜进行加工，光热效应使PTFE以气体形式分解，得到具有周期性光栅‑纳米孔结构的L‑PTFE膜。结构化后的L‑PTFE薄膜经过沉积金属纳米粒子后，金属纳米粒子会附着在周期性光栅‑纳米孔表面。L‑PTFE的周期性光栅‑纳米孔结构有助于更多的金属纳米粒子沉积在L‑PTFE表面。基于周期性光栅‑纳米孔‑金属纳米粒子衬底可用于制作SERS芯片，实现检测限低至10supgt;‑7/supgt;M的超灵敏检测。在衬底表面灌注润滑油，阻止液滴向多孔微纳表面的渗透，制备出具有超滑表面的SERS衬底，周期性光栅结构为典型的各向异性结构，引导液滴沿其纵向进行高速滑动，实现被测液滴的定向无损滑动。

技术领域

本发明属于激光微纳加工技术领域，具体涉及一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑SERS衬底、加工方法及应用。

背景技术

表面增强拉曼光谱(SERS)技术最早发现于20世纪70年代，是一种用于分子识别的光学技术，具有高灵敏度的特点，在化学、生物分析等领域显示出巨大的技术优势；SERS技术检测分子的灵敏度主要与SERS衬底表面粒子间的间隙、粒子局域等离子共振效应、激发光与物质相互作用程度等相关；目前，已经开发出多种方法制备具有微/纳米结构的SERS衬底；常用方法如：电子束曝光技术、深紫外光刻技术、电化学沉积、纳米压印、自组装等；常用材料如：硅、二氧化硅、MgF₂等；上述材料多为硬质材料，不具备柔性；而且，传统的SERS衬底因为表面浸润性的原因，难以支持待测液滴的无损滑动；待测液滴的无损滑动可以最大限度的保证待测液滴在SERS表面测试后的体积不变；特别是当待测液滴的体积非常少，又需要进行多种测试表征时；待测液滴的定向无损滑动将有利于利用最少的样品，最大限度的减少待测液滴的取样量，最大限度的用于完成多种测试；例如在SERS在临床检验、疾病诊断等领域，难以进行大量取样；因此样品测试后无损或最大限度的回收待测液体的体积，将有利于用于临床检验、疾病诊断的其它方面测试，减少对患者大量取样的伤害。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑SERS衬底；利用飞秒激光改性技术对PTFE膜进行加工，扫描时激光的光热效应使得作用区域的PTFE以气体形式分解，从而得到具有大量纳米孔的L-PTFE膜；同时，激光直写的逐线扫描路径也使整个加工区域形成周期性光栅结构；再对该多级微纳结构进行金属纳米粒子沉积，金属纳米粒子会覆盖整个多级结构的外表面和大量纳米孔组成的内表面，最终在PTFE膜上得到由周期性光栅-纳米孔-金属纳米粒子组成的多级微纳结构，即具有显著信号增强作用的SERS衬底；最后在周期性光栅-纳米孔-金属纳米粒子组成的多级微纳结构表面灌注润滑油，获得具有超滑表面特点的SERS衬底；这样，在后续液滴检测中，多级微纳结构便能实现液滴在无损滑动中的高效SERS信号检测，具体原理为：(1)多级微纳结构满足了SERS衬底对表面积最大化的要求(包含外表面和大量纳米孔形成的内表面)，因此能够大幅度增强SERS信号；(2)多级微纳结构中的具有特定取向的周期性光栅结构为典型的各向异性结构，因此能够引导液滴沿其纵向进行高速滑动；(3)多级微纳结构中的大量纳米孔，除了能够大幅度增加SERS衬底内表面，还允许向其中灌注各类润滑油进而形成超滑表面，起到防止液滴向衬底渗透的作用，进而实现被检测液滴在柔性衬底表面的定向无损滑动。该柔性SERS衬底可实现浓度低至10^-7M的超灵敏检测，因此适用做各种新型可穿戴器件的SERS芯片。

本发明通过如下技术方案实现：

一种利用飞秒激光加工技术制备的柔性超滑SERS衬底，包括柔性衬底，所述柔性衬底上通过飞秒激光加工有周期性光栅1，所述周期性光栅1为衬底表面一系列周期性排布的沟渠结构，沟渠纵向决定检测时液滴的滑动方向；所述周期性光栅1表面形成有纳米孔2，所述周期性光栅1外表面和纳米孔2内表面沉积有金属纳米粒子3，形成周期性光栅1-纳米孔2-金属纳米粒子3的多级微纳结构，多级微纳结构表面灌注有润滑油4。