银功能纳米结构的制备及其SERS活性研究

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表面增强拉曼作为一种有效的分析检测手段在生物医学领域具有重要的应用价值,高灵敏高重复性SFRS活性基底的制备成为人们研究的热点。  真空磁控溅射技术具有方便简单、效率高、重复性好等优点,可用来制备多种金属薄膜,而嵌段共聚物模板组装技术具有灵活可控、图案丰富、操作简便、低成本等特点,在调制纳米阵列的形貌结构方面具有优势。本文结合磁控溅射技术和嵌段共聚物模板,确立一种简便的方式调控制备银纳米结构,研究其构效关系,为发展新型SERS活性基底及其生物传感应用奠定基础。  本文以嵌段共聚物PS-b-P4VP为模板,利用磁控溅射法,调控制备多种银纳米结构基底,并检测其SERS活性。研究内容主要包括以下几个方面:  (1)硅平面上银纳米结构的制备。确立了通过磁控溅射调控制备银纳米结构的方法;通过改变溅射电流和时间,调控制备出了系列银纳米结构,结构由颗粒到沟壑状薄膜到连续完整银膜演变,其SERS活性随结构变化而变化,其中在沟壑结构具有最大的SERS活性;研究了plasma处理对银纳米结构形貌的影响,揭示plasma处理可导致银纳米结构的明显变化,不同结构导致不同的SERS活性。  (2)硅平面银纳米结构的嵌段共聚物模板法制备。以硅表面PS-b-P4VP及其重构模板为基底,结合磁控溅射技术,获得了基本复制模板图案的系列银纳米结构,随溅射时间的增加,结构由颗粒到沟壑状薄膜到连续完整银膜演变,其SERS活性呈现先增大后减小的趋势,在沟壑结构时达到最大;模板重构后纳米孔结构的SERS活性随孔径增大而略有增大,但相对未重构模板的凸起点阵结构的较弱。  (3)硅纳米孔表面银纳米结构的调制。以PS-b-P4VP为掩模板,在硅表面上通过刻蚀制备出硅纳米孔阵列;然后利用磁控溅射调控制备了纳米孔一银复合结构。SERS研究结果显示,硅纳米孔-银复合基底的SERS活性随溅射时间的增加呈现先增大后减小的趋势;孔径孔距对于SERS活性的影响研究结果表明,在本文考察范围内大孔径可以获得更强的SERS活性,而孔距的影响则较小。  (4)银纳米结构的SERS性能研究。分析比较了所制各的系列银纳米结构的SERS活性及其可能的表面拉曼增强机制,研究揭示硅纳米孔-银复合结构因具有多重耦合效应而具有较好的SERS活性。其增强因子达6.8×105,检测限为10-8mol/L,对于不同的探针分子也具有较好的SERS响应。  本文调控得到的新型银纳米结构,具有良好SERS活性,制备方法简单、重复性好、大面积均匀,有望作为SERS活性基底应用于生物传感检测。
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