微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用。该器件由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在活性基底和结构层之间形成微流通道腔，在对应于微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于微流通道腔的结构层上设有至少一对均与微流通道腔相通的入液口和出液口；位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。该器件成品率高、成本低廉、检测一致性好、无噪声干扰、可实时监测的双层聚二甲基硅氧烷结构微流控表面增强拉曼散射检测器件。该微流控检测器件可用于气态、胶体尤其是液态环境中待分析物的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流控表面增强拉曼散射检测器件，特别是涉及一种微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用。
技术介绍
拉曼散射光谱检测是一种不需要对待检测样品进行标记的物质结构分析手段，具有非破坏性、无需接触等特点。随着激光技术和弱信号探测接收技术的发展，作为一种可实现物质结构分子水平检测的手段，拉曼散射光谱检测有望在生物检测、疾病诊断、环境监测、化学分析等领域获得实际和广泛的应用。然而，由于拉曼散射截面小，拉曼散射光谱检测的分析灵敏度低，很多分子或者基团的拉曼光谱很难获得。虽然通过提高激励激光功率可以在一定程度上提高拉曼散射光谱的强度，但对于生物样品，强度太大的激光会破坏样品的生物活性，因此很多应用转而利用了表面增强拉曼散射效应来提高样品的拉曼散射光谱强度。 表面增强拉曼散射效应是指粗糙的贵金属表面在入射光激发的情况下增强吸附在其表面的物质分子的拉曼散射光谱信号的一种现象。分子拉曼散射信号的增强来源于粗糙表面在光照射下所产生的表面电子振荡，当入射光的频率与金属自身的等离子体的频率相匹配时，电子振荡达到最大，于是在金属表面产生一个与入射光频率相同的附加局域电磁场，它所覆盖的区域存在着入射光和表面等离子体被激发后叠加在一起的电磁场。由于分子的拉曼散射源于分子自身的极化与外界电场的相互作用，所以处在这个叠加电场中的分子除了受原入射电磁场的作用外还受这个局域增强电磁场的作用，因此激发出的拉曼散射信号也相应地得到了加强。与普通拉曼散射光谱信号相比，表面增强拉曼散射信号的强度有多个量级的增强，甚至可以达到单分子拉曼散射信号的探测。截至目前，已经报道了多种多样的基于纳米粗糙面或纳米结构的开放式表面增强拉曼散射活性基底的制备方法，包括溶胶颗粒法、金属电极的电化学氧化还原法、金属纳米小球排布法、气液固化学生长法及物理化学刻蚀法等等。在这些开放式活性基底上尤其是在纳米粗糙面或纳米结构上分布待测试剂时，一般采用浸泡-蒸发法和滴定-蒸发法。当采用浸泡-蒸发法时，可以在开放式活性基底的纳米粗糙面或纳米结构上均匀吸附一层待分析物分子，但是这种方法所需要的试剂剂量大，同时浸泡耗费的时间往往需要几个小时甚至更长。当采用滴定-蒸发法分布待分析物时，所需的试剂剂量在水平方向上只需要覆盖活性基底整个表面，但其高度可能达到毫米量级，因此试剂用量仍旧较大；且该方法也同样需要耗费较长的溶剂蒸发时间；此外，采用该方法在开放式活性基底上分布分子时，由于咖啡环效应等因素的影响，分子在活性基底上的分布不能达到很好的均匀性，从而影响所检测到的拉曼散射信号的一致性；另外，从应用角度上说，采用蒸发法分布待分析物分子不适用于对液体环境有特殊要求的生物分子的活体检测
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微流控表面增强拉曼散射检测器件及其制备方法与应用。本专利技术提供的微流控表面增强拉曼散射检测器件，由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口 ；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。上述器件中，构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述金属层的材料为金、钼或银；所述金属层的厚度为5-50nm ;所述每个纳米凹孔的直径小于300nm，高度为IOOnm-I μ m，所述器件的长度和宽度均为10mm，所述微流道腔的宽度为1mm，深度为 10-50 μ m，优选 20 和 50 μ mo本专利技术提供的制备微流控表面增强拉曼散射检测器件的方法，包括如下步骤I)制备表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底；2)制备含有微流通道的结构层；其中，所述微流通道的宽度不小于所述步骤I)所述纳米凹孔结构在所述活性基底上占据的宽度；3)将所述步骤I)所得活性基底与所述步骤2)所得结构层对准贴合，所述微流通道与所述纳米凹孔结构之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口，得到所述微流控表面增强拉曼散射检测器件。该方法中，所述所有纳米凹孔在所述活性基底上占据的宽度不大于所述微流通道的宽度；所述纳米凹孔均匀分布在所述活性基底上，且所述纳米凹孔的高垂直于所述活性基底；构成所述活性基底和微流通道层的材质均为聚二甲基硅氧烷；构成所述金属层的材料为金、钼或银；所述金属层的厚度为5-50nm ;所述每个纳米凹孔的直径小于300nm，高度为IOOnm-I μ m，所述器件的长度和宽度均为10mm，所述微流道腔的宽度为1mm，深度为10-50 μ m，优选 20 和 50 μ mo所述步骤I)制备表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底的方法，包括如下步骤Γ)在衬底I表面旋涂一层光刻胶后，对所得光刻胶层进行前烘处理，然后在所述光刻胶层上曝光由光刻胶小图形及其间隙共同组成的图案，显影后形成由所述光刻胶小图形及其间隙共同组成的纳米通道；2’)按照下述方法a)在所述步骤Γ)处理完毕的衬底I上制备得到初始纳米柱，或按照下述方法b)在所述步骤I’ )处理完毕的衬底I上制备得到尺寸调控后的纳米柱a)对所述步骤I’ )得到的所述由光刻胶小图形及其间隙共同组成的纳米通道用氧等离子体进行轰击，在所述衬底I上生成均匀分布于所述衬底I上所述光刻胶小图形对应位置的点状纳米材料结构，再以所述点状纳米材料结构为掩模，对所述衬底I进行各向异性刻蚀，在所述衬底I上得到垂直分布于所述衬底I上的所述初始纳米柱；b)在所述步骤a)得到的所述初始纳米柱上通过低压化学沉积方法沉积一层薄膜，并各向异性刻蚀掉相同厚度的所述薄膜层，在所述初始纳米柱的表面包裹一层纳米侧墙，再以包裹所述纳米侧墙的所述初始纳米柱为掩膜进行各向异性刻蚀，在所述衬底I上得到所述尺寸调控后的纳米柱；3’)以聚二甲基硅氧烷预聚体浇注所述步骤2’)得到的所述初始纳米柱或所述尺寸调控后的纳米柱，使聚二甲基硅氧烷交联固化，然后将固化后的带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷从所述衬底I上剥离，将剥离下的所述带有纳米凹孔的聚二甲基硅氧烷的结构面朝上贴于衬底3表面，在所述结构面上旋涂一层光刻胶层，再进行曝光和显影，显影完毕后在所述聚二甲基硅氧烷表面溅射一层所述金属层，再对所述光刻胶层进行背面曝光，用显影液对所述金属层进行剥离，剥离过程中将所述聚二甲基硅氧烷从所述平整透明衬底3上分离下来，得到所述表面覆盖有所述金属层的含有若干个纳米凹孔结构的活性基底； 所述步骤2)制备含有微流通道的结构层的方法，包括如下步骤4’)在衬底2表面旋涂一层光刻胶后，对所得光刻胶层进行前烘处理，然后在所述光刻胶层上曝光，显影后得到与所述步骤I’ )所得图案对应的光刻胶图形；5’)以所述步骤4’)所得光刻胶图形为掩模，对所述衬底2进行各向异性刻蚀，然后除去所述衬底2上的光刻胶图形，得到微流通道模具；6’ )以聚二甲基硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控表面增强拉曼散射检测器件，由活性基底和含有微流通道的结构层组成，在所述活性基底和所述含有微流通道的结构层之间形成微流通道腔，在对应于所述微流通道腔的活性基底上设有若干个纳米凹孔结构；在对应于所述微流通道腔的含有微流通道的结构层上设有至少一对均与所述微流通道腔相通的入液口和出液口；所述位于所述微流通道腔内的活性基底表面和所述纳米凹孔表面均覆盖一层金属层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文刚，毛海央，吕芃芃，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：