具有表面增强拉曼光谱活性基底的微流控芯片及制备方法技术

具有表面增强拉曼光谱活性基底的微流控芯片及制备方法，涉及一种微流控芯片，提供一种在部分或全部具有ＳＥＲＳ活性基底的粗糙金属薄膜的微流控芯片及制备方法。在微流控芯片上设有至少一条微通道，在微通道的全部或部分内壁表面有一层具有ＳＥＲＳ活性的粗糙金属薄膜。制备时在玻璃或高分子材料薄片上加工凹槽；在凹槽的全部或部分区域，通过物理蒸发、溅射或化学沉积的方法结合掩膜技术制备币族金属薄膜；通过化学法或电化学的方法将币族金属薄膜粗糙化；将带凹槽的薄片与带孔洞的薄片进行热键合或等离子体活化键合即得到具有完整密闭微沟道的微流控芯片。所需设备简单，操作简便，所制备的ＳＥＲＳ活性基底活性高，能得到很强的拉曼信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流控芯片，特别是涉及一种具有表面增强拉曼光谱活性基底的微流控芯片及其制备方法。
技术介绍
微流控芯片是一类具有微管道网络的微型反应或分析系统，通常由玻璃或高分子材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，经过刻蚀或塑压以及键合等工艺流程制备而成。其特点是具有直径在200μm以下的微管道。由于尺寸小，微流控芯片具有使用成本低、试剂耗量小、快速高效、易集成和自动化等优点，已经在生物医学和环境制药等领域得到广泛的应用。但是，由于微流控芯片的尺寸小，这也造成了检测的困难。因此，检测系统是决定微流控芯片适用性的关键部分。目前微流控芯片使用较多的检测方法有激光诱导荧光(LIF)、紫外吸收、电化学和质谱等，其中LIF的应用最为广泛。但由于多数样品本身并不具有荧光性且难以进行荧光修饰，其应用范围较为狭窄，并且无法得到样品详细的结构信息。紫外吸收由于光程短，灵敏度差，信息量也不丰富，因而应用较少。电化学检测虽容易集成，成本低，但应用范围不广，信息量太少。质谱信息量丰富，但无法进行原位的检测。拉曼光谱技术能从分子水平得到基团和化学键以及微环境对样品结构影响的信息，可实时检测样品并获得其指纹图谱，且其信号不会被水干扰，因此特别适合用于生物分子的检测。但拉曼信号特别弱，应用时需要通过一些方法进行增强，通常使用的增强方法有两类，一类为共振增强拉曼，即以与待检测分子吸收光同波长的激光进行激发，使待测分子发生共振，从而得到强的拉曼信号，此类方法对激光光源的要求较高，且一次只能用于检测相同吸收的分子。另一类增强拉曼信号的方法则是使用粗糙的金属表面，即表面增强拉曼光谱(SERS)。在待检测的体系中加入粗糙的币族金属(如金，银或铜)或其纳米粒子，可以大大提高拉曼光谱的信号。因此，制备具有增强拉曼光谱活性的粗糙表面是实现SERS检测的前提条件。目前国内外主要通过以下方法在微流控芯片中制备具有增强拉曼光谱活性的粗糙表面(1)在微流控芯片中通入币族金属纳米粒子的悬浮溶液，如Taehan Park(Taehan Park，Lab Chip，2005，5437-442)报道的将银溶胶和两种寡核苷酸的混合物灌入沟道，混合后进行检测。这种方法的优点是可以得到新鲜的表面，但均匀的金属纳米粒子的制备和储存都比较困难，且很容易聚集沉降不稳定，应用范围受到很大限制；(2)使用复杂的电子工艺制备粗糙的芯片，再使用电子束溅射非常薄的金属层。如Gang L.Liu等(Gang L Liu，et al，Appl.Phys.Lett.，2005，87，074101)报道的使用光刻技术制备局部带有半球状突起的PDMS，然后用电子束蒸发局部沉积20nm银薄膜，得到具SERS活性基底的微流控芯片。这种方法，需要昂贵的设备和繁杂的步骤。综上所述，以上所列的方法要么容易沉降不稳定，要么工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的在微流控芯片使用表面增强拉曼检测需要的活性基底的问题，提供一种在部分或全部具有SERS活性基底的粗糙金属薄膜的微流控芯片及其制备方法。本专利技术采用的技术方案是在平滑的微流控芯片通道(沟道或管道)的全部或部分内壁上溅射或组装币族(金，银，铜)薄膜，再通过电化学或化学方法粗糙化，制备具有表面增强拉曼光谱活性基底的微流控芯片。本专利技术所述的具有表面增强拉曼光谱活性基底的微流控芯片为在微流控芯片上设有至少一条微通道，在微通道的全部或部分内壁表面有一层具有表面增强拉曼光谱活性的粗糙金属薄膜。所述的芯片的材料为玻璃，聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)等；金属为金，银或铜等；所述的微通道为微沟道或微管道，微通道的直径小于200μm。在芯片上可设有至少2个储液池，储液池与微通道相通。所述的薄膜为致密的固体薄膜或由金属纳米粒子组装成的金属颗粒单层薄膜或多层薄膜。所述的粗糙为金属纳米粒子本身的粗糙度或经化学或电化学处理的粗糙度。所述的薄膜为金，银或铜的连续均匀薄膜；所述的薄膜为金，银或铜纳米粒子组装成的薄膜。所述的金，银或铜的纳米粒子的直径为5～500nm。所述的表面增强拉曼光谱活性为可以使表面吸附物种的拉曼信号强度较光滑表面增加10倍以上。本专利技术所述的具有SERS活性基底的粗糙金属薄膜的微流控芯片的制备方法其步骤为1)利用MEMS或激光加工等技术，在玻璃或高分子材料薄片上加工凹槽；2)在凹槽的全部或部分区域，通过物理蒸发、溅射或化学沉积的方法结合掩膜技术制备币族金属薄膜，所述的币族金属选自金，银或铜；3)通过化学法或电化学的方法将币族金属薄膜粗糙化； 4)将带凹槽的薄片与带孔洞的薄片进行热键合或等离子体活化键合，得到具有完整密闭微沟道的微流控芯片。所述步骤3)和4)两步聚的次序可以颠倒。如使用金属纳米粒子则步骤2)和3)合为一步骤在凹槽的全部或部分区域，通过化学或物理组装的方法结合掩膜技术制备币族金属纳米粒子的组装薄膜。所述的金属纳米粒子为直径为1～1000nm的金属颗粒。所述的粗糙金属薄膜的化学法如下在有金属薄膜的微流控芯片通道中加入0.1～10mol/L的硝酸，浸泡1～60min后将酸溶液冲洗干净。所述的粗糙金属薄膜的电化学法如下对于银薄膜，在0.1～10mol/L的KCl溶液中，首先控制电位在-0.25V，然后阶跃至0.18V，并在此电位下停留5～60s后，以较慢的速度回到-0.25V，直到表面全部被还原，最后得到淡黄色的绒毛状的表面。对于金薄膜，则以0.1～10V/s的扫描速度从-0.3V扫至1.25V，然后停留1～30s，再以0.1～10V/s的扫描速度扫至-0.3V，停留1～100s，循环1～50次，得到深棕色的具有高SERS活性的粗糙金表面。至于铜薄膜，在0.1～10mol/L的KCl溶液中，在电位-0.4V至0.4V之间进行3～60次阶跃后在-0.4V电位下取出电极可得到棕色的活性表面。与现有的在微流控芯片使用表面增强拉曼检测需要的活性基底的方法相比，本专利技术所需设备简单，操作简便，所制备的SERS活性基底活性高，能得到很强的拉曼信号。附图说明图1为实施例1制备的银薄膜的扫描电镜图。图2为实施例1制备的具有SERS活性粗糙银表面的PDMS微流控芯片实物照片。图3为实施例1制备的PDMS微流控芯片的三处粗糙银膜检测得到的SERS光谱图(分别为苯胺和苯甲醛及两者反应产物的SERS信号，若没有银膜，则不能检测到SERS信号)。具体实施例方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。实施例1将打有3个孔(孔径为2mm)的PDMS掩模片贴在标准清洗过的玻璃片上。使用JS2S-80D型溅射台(北京创威纳公司产)，采用直流旋转溅射模式，依次以150W的功率溅射钛薄膜7min，160W的功率溅射银薄膜15min。浸入1mol/L KCl溶液中，用CHI631B电化学工作站(上海辰华)对表面银薄膜进行电化学氧化还原(ORC)粗糙，具体过程为首先恒定电位在-0.25V 5s，然后阶跃至0.18V，在此电位停留10s，以0.01V/s的速度缓慢回到-0.25V，在-0.25V下充分还原20s，直到表面全部被还原为淡黄色绒毛状。揭掉掩模，得到局部带有粗糙基底的玻璃片。在P本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有表面增强拉曼光谱活性基底的微流控芯片，其特征在于为在微流控芯片上设有至少一条微通道，在微通道的全部或部分内壁表面有一层具有表面增强拉曼光谱活性的粗糙金属薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周勇亮，郝苇苇，张维，任斌，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]