[发明专利]一种泛气体光学检测芯片及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于SERS光学信号的泛气体检测芯片及制备方法，利用SERS衬底的可定制性和微流平台的集成性，实现泛种类气体的高灵敏、高精度检测。所述检测芯片包括由下至上设置的聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底、可定制化的SERS检测单元和微流控通道，所述可定制化的SERS检测单元以有序阵列的形式分布在PDMS衬底上。通过对不同检测单元所测SERS光谱的协同分析，实现对泛种类气体的同时检测。本发明可实现对混合气体中的复杂组分进行快速、高灵敏、高精度的检测。

技术领域

本发明涉及一种泛气体光学检测芯片及制备方法，属气体检测和光谱学技术领域。

背景技术

气体检测在工业生产、室内污染监测、无创疾病诊断等领域发挥着不可替代的作用。在许多场景中，迫切需要高精度、高灵敏度和高吞吐量的气体传感器。例如，呼吸检测用于筛查早期肺癌时，单种气体的意义有限。实际上，需要同时精确识别和量化不同的醛、酮和许多芳香族化合物，以获得可靠的诊断结果。

最近，随着需求的增加，各种类型的气体传感器相继被提出和开发，显示出优异的检测性能。作为代表，电子鼻展示了快速粗略地检测气体的能力，而光学鼻则表现出对特定气体的超高灵敏度。然而，受限于单一且固定的传感机制，现有的气体传感器仍然无法筛选多种气体。例如，包括半导体传感器和比色阵列在内的基于化学吸附的传感器只能对受敏感层化学性质限制的特定气体做出响应。另一方面，离子导体、石英晶体微量天平和表面声波等传感器通常直接基于物理吸附进行检测，因此可以捕获一些化学惰性气体。然而，由于串扰，它们缺乏同时多目标检测。可见，基于单一吸附机理的传感器在泛气检测中难以做到全面。因此，为了实现泛气检测，一个兼容不同吸附机理的传感平台是人们期待已久的必要条件。

此外，为了获得高灵敏度和分子指纹级别的准确度，合适的读出方法也是泛气体检测的关键部分。近年来，等离子传感器在超高灵敏度气体检测中的应用前景广阔。在等离子传感器中，SERS光谱提供具有指纹精度的光谱，有望成为复杂气体准确分析的基石。在以往的研究中，通过光谱分析技术，研究人员已经实现了有限的多变量气体检测。然而，现有的基于SERS的气体传感器仍受限于固定的检测机制，无法实现大范围气体的同时检测。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，实现对泛种类气体的快速、高灵敏、高精度的同时检测。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种泛气体光学检测芯片及制备方法，检测芯片包括由下至上设置的聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底、可定制化的SERS检测单元和微流控通道，所述可定制化的SERS检测单元以有序阵列的形式分布在PDMS衬底上。将待测气体以一定流速通入微流控芯片中，通过对不同检测单元所测SERS光谱的协同分析，实现对泛种类气体的同时检测。具体制备方法包括以下步骤：

第一步：使用界面自组装法制备单层聚苯乙烯微球；

第二步：使用胶带辅助的转移方法在基片上构建图案化的单层聚苯乙烯微球；

第三步：使用PDMS翻模基片，获得带有图案化微坑阵列的PDMS衬底；

第四步：在PDMS的图案化微坑阵列中沉积金属纳米粒子；

第五步：根据待测物性质对图案化微坑阵列进行改性，沉积气敏材料；

第六步：将带有SERS检测单元的PDMS衬底与微流控通道键合。

所述的金属纳米粒子为金、银或金银合金粒子，所述基片为表面平整的硅片、玻璃片或石英片。

所述的图案化微坑阵列具有诱导原位气体漩涡产生的功能。

所述的对图案化微坑阵列进行改性包括修饰气体吸附材料、修饰气敏分子和修饰拉曼报告分子。