一種熒光增強納米薄膜及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種熒光增強納米薄膜及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：(1)將基底進行預處理，使所述基底表面帶有電荷，然后在所述基底上形成表面帶正電荷的單層膜或多層膜；(2)將金屬納米粒子噴涂在所述單層膜或多層膜的表面，去除物理吸附，吹干，即可；其中，所述的噴涂的壓力為5-60psi，所述的噴涂的時間為2-30s，所述噴涂采用的噴槍的噴嘴與所述的基底之間的距離為10-30cm。本發明專利技術的制備方法，簡便、工藝耗時短、基底尺寸不受限制、適宜大規模生產、通過噴涂技術將納米粒子噴灑在預處理后的基底上，形成金屬納米粒子形貌、間距可調的薄膜。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種熒光增強納米薄膜及其制備方法。
技術介紹
金屬納米粒子的具有獨特的表面等離子體共振效應，這是入射光與金納米粒子的自由電子相互作用的結果，當入射光的波長與自由電子的振動頻率發生共振耦合時，就會引起自由電子的集體振蕩，產生表面等離子體共振效應。這種共振效應使得金屬顆粒周圍的局域電磁場顯著增強，這種近場增強的效應被廣泛應用于近場信號的放大，例如表面增強熒光、表面增強拉曼散射、表面增強吸收、透射等。目前熒光分析具有靈敏度高，選擇性強，需要試樣量少，提供參數多等優點被越來越多的應用在各個領域。然而在實際應用中現有的熒光檢測的靈敏度仍不能滿足人們的要求，比如在DNA等其他蛋白質的檢測中，雖然這些蛋白含有內源熒光基團，但是熒光非常弱，很難測定，目前普遍用熒光分子標記蛋白，但這種外來物質的引入會破壞蛋白結構，不利于實現無損檢測；另外在單分子檢測過程中，熒光強度的檢測受制于低信號檢測效率和樣品的自身光穩定性。因此制備具有表面增強熒光效應的材料具有重要意義。金屬納米粒子表面等離子體共振效應引起的局域電磁場的增強可以有效的激活熒光分子，提高分子的輻射躍遷幾率、無輻射躍遷幾率和激發效率，使熒光分子的熒光得到增強。這種表面熒光增強效應除了應用在DNA無損檢測和單分子檢測等其它熒光檢測中提高靈敏度外，還可以消除熒光自淬滅效應，實現長程高效的熒光共振能量轉移，大大擴展了熒光分析技術使用的范圍。目前文獻報道的制備含有金屬納米粒子熒光增強基底的方法主要有以下幾種：(1)真空蒸鍍：即在真空環境中，加熱金屬或化合物并使其蒸發的原子或者分子沉積在被鍍物體表面，凝結成金屬或者化合物薄膜，這種方法雖然能制得均勻純凈的鍍膜，但是其設備復雜、造價高，工作效率低，基底尺寸受限等缺點不適宜大規模生產。(2)光刻技術：包括電子束光刻蝕，納米球光刻等刻蝕技術，這種方法可以制造出含有相同間距的納米粒子基底，但是不適合制備間距只有幾納米的表面，同時也存在著工藝復雜的缺點。(3)自組裝技術：包括靜電自組裝和化學沉積等，即將納米粒子通過靜電力或者化學鍵的作用沉積在基底上，這種方法結構工藝簡單，成本較低，但往往耗時較長，經過處理的基底沉積上的納米粒子具有形貌、間距不可控等缺點。由于金屬納米顆粒的尺寸和形貌對表面等離子體增強效應起著決定性作用，如何以一種簡便快速、可控工藝制備粒子間距可調的含有金屬納米粒子基元的熒光增強基底是我們亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術克服了現有技術在基底上金屬納米粒子薄膜的制備方法中的缺陷，如真空蒸鍍的方法中，設備復雜，工作效率低，基底尺寸受限等缺點不適宜大規模生產，光刻技術的方法中工藝復雜，不適合制備間距只有幾納米的表面，自組裝技術中工藝耗時較長，經過處理的基底沉積上的納米粒子具有形貌、間距不可控等缺點，提供了一種熒光增強納米薄膜及其制備方法。本專利技術的制備方法，簡便、工藝耗時短、基底尺寸不受限制、適宜大規模生產、通過噴涂技術將納米粒子噴灑在預處理后的基底上，形成金屬納米粒子形貌、間距可調的薄膜。本專利技術通過以下技術方案解決上述技術問題。本專利技術提供了一種熒光增強納米薄膜的制備方法，其包括以下步驟：(1)將基底進行預處理，使所述基底表面帶有電荷，然后在所述基底上形成表面帶正電荷的單層膜或多層膜；(2)將金屬納米粒子噴涂在所述單層膜或多層膜的表面，去除物理吸附，吹干，即可；其中，所述的噴涂的壓力為5-60psi，所述的噴涂的時間為2-30s，所述噴涂采用的噴槍的噴嘴與所述的基底之間的距離為10-30cm。步驟(1)中，所述的基底為本領域內常規的平面基底，包括無機非金屬材料，金屬材料，合成塑料材料和纖維織物材料。所述的無機非金屬材料為本領域常規使用的無機非金屬材料，較佳地為硅片、石英片、玻璃和云母片中的一種或多種。所述的金屬材料為本領域常規使用的金屬材料，較佳地為金、銀、銅、鐵、鋁和鋅中的一種或多種。所述的合成塑料材料為本領域常規使用的合成塑料材料，較佳地為對苯二甲酸縮乙二醇酯、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚乙烯、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯中的一種或多種。步驟(1)中，所述的基底較佳地還包括在表面鍍金的無機金屬材料和/或表面蒸鍍有銦錫氧化物的無機非金屬材料，更佳地為表面鍍金的玻璃，表面鍍金的石英或表面蒸鍍有銦錫氧化物的玻璃(ITO玻璃)。步驟(1)中，所述的預處理為本領域內常規的預處理過程，較佳地按下述步驟進行：先用溶劑清洗，再經自組裝方法、聚電解質吸附法或化學反應法使其帶有電荷，之后洗滌，干燥；其中，所述的溶劑清洗較佳地為將所述的基底依次通過極性從小到大的溶劑進行超聲，以除去基底表面附著的各種雜質。所述的溶劑為本領域內常規，較佳地依次為甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和去離子水。所述的超聲的時間較佳地為10分鐘以上。所述的自組裝方法、聚電解質吸附法或化學反應使其帶有電荷的操作為本領域內常規操作；所述的洗滌較佳地為采用去離子水進行沖洗；所述的干燥較佳地在惰性氣體氛圍下進行，更佳地為在氮氣和/或氬氣氛圍下進行。當所述的基底為無機非金屬材料中的云母片時，所述的溶劑清洗較佳地為將所述云母片浸入去離子水中，所述的浸入水的時間較佳地為10-30min。當所述的基底為無機非金屬材料中的石英或玻璃時，所述的溶劑清洗后較佳地還進行硫酸和雙氧水混合溶液的加熱煮沸處理，所述的加熱煮沸處理較佳地至無氣泡溢出；其中，所述的雙氧水的質量分數較佳地為30％。所述的硫酸的質量分數較佳地為98％；所述的混合溶液中，所述的雙氧水與所述的硫酸的體積比較佳地為3:7；所述的加熱的時間較佳地為10-25min。所述的使其帶有電荷的物質較佳地為末端含有氨基、羧基或羥基的硅烷衍生物。當所述的基底為對苯二甲酸縮乙二醇酯(PET)合成塑料材料時，所述的使其帶有電荷的操作較佳地為先浸泡于氫氧化鈉溶液中，再浸泡于鹽酸溶液中。其中，所述的氫氧化鈉溶液的濃度較佳地為1mol/L，所述的氫氧化鈉的溫度較佳地為58-62℃，所述浸泡于氫氧化鈉溶液的時間較佳地為13-20min，所述鹽酸溶液的濃度較佳地為0.1mol/L。所述的使其帶有電荷的物質較佳地還包括聚丙烯基胺(PAH)。當所述的基底為聚四氟乙烯(PTFE)合成塑料時，所述的使其帶有電荷的物質較佳地為烯丙基胺。當所述的基底為表面蒸鍍有銦錫氧化物的玻璃(ITO玻璃)時，所述的使其帶有電荷的物質較佳地為巰基衍生物。當所述的基底為表面鍍金的玻璃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熒光增強納米薄膜的制備方法，其包括以下步驟：(1)將基底進行預處理，使所述基底表面帶有電荷，然后在所述基底上形成表面帶正電荷的單層膜或多層膜；(2)將金屬納米粒子噴涂在所述單層膜或多層膜的表面，去除物理吸附，吹干，即可；其中，所述的噴涂的壓力為5?60psi，所述的噴涂的時間為2?30s，所述噴涂采用的噴槍的噴嘴與所述的基底之間的距離為10?30cm。

【技術特征摘要】
1.一種熒光增強納米薄膜的制備方法，其包括以下步驟：
(1)將基底進行預處理，使所述基底表面帶有電荷，然后在所述基底
上形成表面帶正電荷的單層膜或多層膜；
(2)將金屬納米粒子噴涂在所述單層膜或多層膜的表面，去除物理吸
附，吹干，即可；其中，所述的噴涂的壓力為5-60psi，所述的噴涂的時間為
2-30s，所述噴涂采用的噴槍的噴嘴與所述的基底之間的距離為10-30cm。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的
基底包括無機非金屬材料，金屬材料，合成塑料材料和纖維織物材料；
所述的無機非金屬材料為硅片、石英片、玻璃和云母片中的一種或多種；
所述的金屬材料為金、銀、銅、鐵、鋁和鋅中的一種或多種；
所述的合成塑料材料為對苯二甲酸縮乙二醇酯、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚
乙烯、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯中的一種或多種。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的
基底還包括在表面鍍金的無機金屬材料和/或表面蒸鍍有銦錫氧化物的無機
非金屬材料，較佳地為表面鍍金的玻璃，表面鍍金的石英或表面蒸鍍有銦錫
氧化物的玻璃。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的預處理按下述
步驟進行：先用溶劑清洗，再經自組裝方法、聚電解質吸附法或化學反應法
使其帶有電荷，之后洗滌，干燥；其中，所述的溶劑清洗較佳地為將所述的
基底依次通過極性從小到大的溶劑進行超聲；所述的溶劑較佳地依次為甲苯、
丙酮、氯仿、乙醇和去離子水；所述的超聲的時間為10分鐘以上；所述的
自組裝方法、聚電解質吸附法或化學反應法使其帶有電荷的操作為本領域內
常規操作；所述的洗滌為采用去離子水進行沖洗；所述的干燥在惰性氣體氛
圍下進行，較佳地為在氮氣和/或氬氣氛圍下進行；
當所述的基底為無機非金屬材料中的云母片時，所述的溶劑清洗為將所
述云母片浸入去離子水中，所述的浸入水的時間較佳地為10-30min；當所述
的基底為無機非金屬材料中的石英或玻璃時，所述的溶劑清洗后還進行硫酸

\t和雙氧水混合溶液的加熱煮沸處理，所述的加熱煮沸處理至無氣泡溢出；其
中，所述的雙氧水的質量分數為30％，所述的硫酸的質量分數為98％，所述
的混合溶液中，所述的雙氧水與所述的硫酸的體積比為3:7；所述的加熱的
時間為10-25min；所述的使其帶有電荷的物質較佳地為末端含有氨基、羧基
或羥基的硅烷衍生物；
當所述的基底為對苯二甲酸縮乙二醇酯合成塑料材料時，所述的使其帶
有電荷的操作為先浸泡于氫氧化鈉溶液中，再浸泡于鹽酸溶液中；其中，所
述的氫氧化鈉溶液的濃度為1mol/L，所述的氫氧化鈉的溫度為58-62℃，所
述浸泡于氫氧化鈉溶液的時間為13-20min，所述鹽酸溶液的濃度為0.1mol/L；
所述的使其帶有電荷的物質較佳地還包括聚丙烯基胺；
當所述的基底為聚四氟乙烯合成塑料時，所述的使其帶有電荷的物質為
烯丙基胺；
當所述的基底為表面蒸鍍有銦錫氧化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬瑩，劉盼盼，周穎，邱夷平，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：上海;31