專利名稱：一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)活性基底的微流控檢測(cè)器件。
背景技術(shù)：
拉曼散射光譜檢測(cè)是一種不需要對(duì)待檢測(cè)樣品進(jìn)行標(biāo)記的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析手段，具 有非破壞性，無需接觸等特點(diǎn)。隨著激光技術(shù)和弱信號(hào)探測(cè)接收技術(shù)的發(fā)展，作為一種可 實(shí)現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)分子水平檢測(cè)手段的拉曼散射光譜檢測(cè)，有望在生物檢測(cè)、疾病診斷、環(huán)境監(jiān) 測(cè)、化學(xué)分析等領(lǐng)域獲得更廣泛和實(shí)際的應(yīng)用。然而，由于拉曼散射截面小，拉曼散射光譜 檢測(cè)的分析靈敏度低，很多分子或者基團(tuán)的拉曼光譜很難獲得。雖然通過提高激勵(lì)激光功 率可以在一定程度上提高拉曼散射光譜的強(qiáng)度，但對(duì)于生物樣品，強(qiáng)度太大的激光會(huì)破壞 樣品的生物活性，因此很多實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)而利用了 SERS效應(yīng)來提高樣品的拉曼散射光譜強(qiáng)度。
SERS效應(yīng)是指粗糙的貴金屬表面在入射光激發(fā)的情況下增強(qiáng)吸附在其表面的物 質(zhì)分子的拉曼散射光譜信號(hào)的一種現(xiàn)象。分子拉曼散射信號(hào)的增強(qiáng)來源于粗糙表面在光照 射下產(chǎn)生表面電子的振蕩，當(dāng)入射光的頻率與金屬自身的等離子體的頻率相匹配時(shí)，電子 振蕩達(dá)到最大，于是在金屬表面產(chǎn)生一個(gè)與入射光頻率相同的附加局域電磁場(chǎng)，它所覆蓋 的區(qū)域存在著入射光和表面等離子體被激發(fā)后疊加在一起的電磁場(chǎng)。由于分子的拉曼散射 源于分子自身的極化與外界電場(chǎng)的相互作用，所以處在這個(gè)疊加電場(chǎng)中的分子除了受原入 射電磁場(chǎng)的作用外還受這個(gè)局域增強(qiáng)電磁場(chǎng)的作用，因此激發(fā)出的拉曼散射信號(hào)也相應(yīng)地 得到了加強(qiáng)。與普通拉曼散射光譜信號(hào)相比，SERS信號(hào)的強(qiáng)度有多個(gè)量級(jí)的增強(qiáng)，甚至可 以滿足單分子拉曼散射信號(hào)的探測(cè)。 常見的SERS活性基底的制備方法有溶膠顆粒法、金屬電極的電化學(xué)氧化還原法、 金屬納米小球排布法等。利用溶膠顆粒法制備的活性基底雖然具有明顯的增強(qiáng)效果，但該 方法工藝過程繁瑣復(fù)雜，且金屬溶膠顆粒在轉(zhuǎn)移到固體基底上的過程中會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象， 從而影響到活性基底的穩(wěn)定性和重復(fù)性。金屬電極的電化學(xué)氧化還原法應(yīng)用較為廣泛，但 采用該方法所得到的SERS活性基底其增強(qiáng)因子較小，且在制備過程中由于受溶液溫度、還 原劑性質(zhì)以及反應(yīng)時(shí)間等諸多因素的影響，納米顆粒的尺寸及分布都比較隨機(jī)。采用金屬 納米小球排布法可以實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)在基底上的單層規(guī)則分布，從而有效控制SERS檢測(cè)信 號(hào)的重復(fù)性。但是納米小球單層排布過程繁瑣，且很難實(shí)現(xiàn)其在大面積上的單層排布，從而 限制了這種方法的進(jìn)一步應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決SERS活性基底面臨的相關(guān)問題，同時(shí)拓展SERS活性基底在生物檢測(cè)、 疾病診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)分析等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，本發(fā)明的目的是提供一種具有靈敏度 高、重復(fù)性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的SERS活性基底，并結(jié)合微流體器件及其加工技術(shù)，提 供一種基于該活性基底的具有無噪聲干擾、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、增強(qiáng)效果明顯等特點(diǎn)的SERS微流 控檢測(cè)器件。
本發(fā)明所提供的基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件是按照包括 下述步驟的方法制備得到的 1)在清洗后的襯底a表面上旋涂光刻膠，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行前烘處理，然后在所 述光刻膠上曝光微流道形狀圖案，經(jīng)顯影和定影后形成微流道形狀的光刻膠圖形；
2)按照下述a)的方法在所述襯底a上形成納米柱或按照b)的方法在所述襯底a 上形成納米纖維直立結(jié)構(gòu) a)對(duì)步驟1)得到的具有微流道形狀的光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕，在 所述襯底a上形成均勻分布于所述襯底a的納米顆粒結(jié)構(gòu)；然后以所述納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩 模，對(duì)所述襯底a進(jìn)行各向異性刻蝕，然后除去所述襯底a上的納米顆粒結(jié)構(gòu)，在所述襯底 a上形成垂直分布于所述襯底a的納米柱； b)對(duì)步驟1)得到的具有微流道形狀的光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕，在 所述襯底a上形成均勻分布于所述襯底a的納米纖維直立結(jié)構(gòu)； 3)在步驟2)得到的垂直分布于所述襯底a上的納米柱或納米纖維直立結(jié)構(gòu)上濺 射金屬納米顆粒層，得到表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底； 4)在清洗后的襯底b表面上旋涂光刻膠，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行前烘處理，然后在所 述光刻膠上曝光形成與步驟1)中相同的微流道形狀圖案，經(jīng)顯影和定影后形成微流道形 狀的光刻膠圖形； 5)以步驟4)得到的具有微流道形狀的光刻膠圖形為掩模，對(duì)所述襯底b進(jìn)行各向 異性刻蝕，然后除去所述襯底b上的光刻膠，得到微流道模具； 6)以聚二甲基硅氧烷(P匿S)預(yù)聚體澆注步驟5)得到的微流道模具，在60-80°C 使聚二甲基硅氧烷交聯(lián)固化；然后將固化后的具有所述微流道結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷從所 述微流道模具中剝離； 7)將固化后的具有所述微流道結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷與步驟3)得到表面增強(qiáng)拉 曼散射活性基底對(duì)準(zhǔn)且緊密貼合，并在微流道相應(yīng)位置設(shè)置至少一個(gè)入液口和出液口 ，得 到所述基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件。 步驟l)所述襯底a和步驟4)所述襯底b上旋涂的光刻膠均可為正性光刻膠或負(fù) 性光刻膠。所述正性光刻膠包括蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司提供的RZJ-304系列光刻 膠，美國(guó)羅門哈斯公司(Rohm and Hass)提供的SPR系列光刻膠以及美國(guó)西帕來(Shipley) 公司的AZ系列光刻膠；所述負(fù)性光刻膠包括美國(guó)Microchem. Corp.提供的SU_8系列光刻 膠。 根據(jù)所選用的光刻膠之不同種類并改變光刻膠旋涂的條件，可以在襯底a上獲得 厚度為1-20 m的光刻膠層。對(duì)形成的硅納米柱而言，該光刻膠層的厚度決定了硅納米柱 的直徑和密度并影響其能形成的最高高度；對(duì)于形成的納米纖維直立結(jié)構(gòu)而言，其高度與 襯底a上旋涂的負(fù)性光刻膠的厚度一致。 當(dāng)在襯底a上旋涂正性光刻膠時(shí)，所述襯底a選自由單晶硅或多晶硅組成的襯底； 對(duì)該正性光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕時(shí)，可在所述襯底a上形成均勻分布于所述 襯底a表面的納米顆粒結(jié)構(gòu)。 當(dāng)在襯底a上旋涂負(fù)性光刻膠時(shí)，所述襯底a選自由不被氧等離子體刻蝕的固體 材料組成的襯底；對(duì)該負(fù)性光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕時(shí)，可在所述襯底a上形成垂直分布于所述襯底a表面的納米纖維直立結(jié)構(gòu)；所述不被氧等離子體刻蝕的固體材料 選自下述任意一種單晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、玻璃、石英和金屬。
上述步驟2)中對(duì)具有微流道形狀的光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕的具 體方法如下將具有微流道形狀的光刻膠圖形的襯底a放入功率為100-300W，氧氣流速為 10-50sccm/min的氧等離子體轟擊腔體中，對(duì)所述光刻膠圖形轟擊5-100分鐘。通過調(diào)節(jié)氧 等離子體的轟擊功率和改變轟擊時(shí)間，使所述光刻膠層完全去除，從而在光刻膠層所在位 置形成納米顆粒結(jié)構(gòu)或形成納米纖維直立結(jié)構(gòu)。 當(dāng)在襯底a上形成納米顆粒結(jié)構(gòu)時(shí)，還需對(duì)襯底a(硅襯底)進(jìn)行各向異性刻蝕， 在襯底a上形成垂直分布于襯底a的納米柱。刻蝕之后，所述納米顆粒結(jié)構(gòu)可用氫氟酸或 氫氟酸和氟化氨的混合液(混合液中氫氟酸和氟化氨體積比為1 : i-i : 30)去除。所 得到的硅納米柱的高度取決于各向異性刻蝕(反應(yīng)離子刻蝕)襯底a的深度并受納米顆 粒的尺寸影響，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)離子刻蝕的條件，控制硅納米柱的高度在100nm-l i！ m，直徑為 5-50nm。
步驟3)中形成所述金屬納米顆粒層的金屬選自下述任意一種金、銀、銅、鉬和 鋁。通過改變?yōu)R射設(shè)備所采用的靶材改變硅納米柱或納米纖維直立結(jié)構(gòu)上的貴金屬材料； 通過調(diào)節(jié)濺射設(shè)備工作功率和工作時(shí)間，控制貴金屬材料層的厚度為5-80nm。
根據(jù)硅納米柱或納米纖維直立結(jié)構(gòu)的高度，控制步驟5)中所述微流道模具的凹 槽深度為10-50 iim。 本發(fā)明襯底上的微流道結(jié)構(gòu)用于限制待檢測(cè)試劑在器件中的分布，為了便于與微 流控系統(tǒng)集成，所述微流道結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為所需形狀和尺寸。 所述PDMS密封結(jié)構(gòu)用于減少其至避免環(huán)境污染引起的噪聲，提高SERS信號(hào)的信 噪比，在此基礎(chǔ)上有效保障器件信號(hào)檢測(cè)的重復(fù)性。 本發(fā)明所提供的基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件可用檢測(cè)液 體待分析物和/或膠體待分析物和/或氣體待分析物。 所述液體待分析物選自下述至少一種物質(zhì)形成的溶液色素、染色劑、藥物、農(nóng)藥、
毒藥、營(yíng)養(yǎng)液、飲品和細(xì)胞培養(yǎng)液；所述膠體待分析物選自下述至少一種血液、蛋白質(zhì)、涂
料、淀粉膠體和土壤膠體；所述氣體待分析物選自下述至少一種氣體二氧化碳、一氧化
碳、二氧化硫、甲醛、乙炔、乙烯以及含懸浮顆粒的汽車尾氣和工廠排放的廢氣。 該微流控檢測(cè)器件可通過設(shè)計(jì)不容的微流道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一種或多種待分析物檢
測(cè)。微流控檢測(cè)器件可以具有一個(gè)或者多個(gè)入液口。有多個(gè)入液口的微流控檢測(cè)器件可用
于不同待分析物反應(yīng)或混合前后的信號(hào)檢測(cè)與對(duì)比。 硅是MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))工藝中常用于制備微/納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，符 合MEMS可進(jìn)行大批量并行加工的特點(diǎn)，且硅的拉曼光譜特性已為人熟知。P匿S(聚二甲基 硅氧烷)具有優(yōu)良的透光性，并可高保真地復(fù)制圖形且可與其它材料通過表面的分子接觸 進(jìn)行密封。鑒于此，本發(fā)明開發(fā)了一種具有靈敏度高、重復(fù)性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可大 批量生產(chǎn)等特點(diǎn)的基于硅納米柱的SERS活性基底，并結(jié)合微流體器件及其加工技術(shù)形成 了無雜質(zhì)干擾、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的硅-PDMS雙層結(jié)構(gòu)SERS微流控檢測(cè)器件，該微流控檢測(cè)器件 不僅能用于液體待分析物的檢測(cè)還可用于膠體和氣體待分析物的檢測(cè)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由氧等離子體與光刻膠的物理化學(xué)反應(yīng)得到納米顆粒結(jié)構(gòu)或納米纖維直立結(jié)構(gòu)在襯底表面上的均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)了硅納米柱結(jié)構(gòu)或納米 纖維直立結(jié)構(gòu)在襯底材料上的均勻分布。所述硅納米柱的尺寸和分布密度可以有效控制， 從而避免了采用溶膠顆粒法時(shí)納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚的現(xiàn)象以及采用電化學(xué)氧化還原法時(shí)無 法有效控制納米結(jié)構(gòu)分布的問題。2、本發(fā)明可與常規(guī)光學(xué)光刻工藝相結(jié)合，所述納米顆粒 結(jié)構(gòu)或納米纖維直立結(jié)構(gòu)可以通過光刻技術(shù)以不同形貌不同尺寸的圖形分布在襯底上，甚 至可以在整個(gè)襯底表面上大面積均勻分布，從而避免了納米小球排布法無法控制大面積納 米結(jié)構(gòu)分布的問題。3、本發(fā)明中所使用的氧等離子體干法去膠技術(shù)和常規(guī)光刻技術(shù)都源自 于微電子制造技術(shù)，因此可方便地實(shí)現(xiàn)批量、并行加工。4、本發(fā)明利用PDMS的密封特性將 SERS活性基底封閉在微流道內(nèi)，并利用PDMS的高透光性進(jìn)行測(cè)試，避免了檢測(cè)過程中因環(huán) 境污染引入檢測(cè)噪聲。5、本發(fā)明通過改變光刻膠的厚度可方便地調(diào)整納米顆粒結(jié)構(gòu)或納米 纖維直立結(jié)構(gòu)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅納米柱尺寸或納米纖維的控制，大大提高了納米結(jié)構(gòu)的生 產(chǎn)效率和集成度，有利于降低工業(yè)化生產(chǎn)成本，促進(jìn)納米器件的研究和生產(chǎn)開發(fā)。使用本發(fā) 明制作的基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件可在生物檢測(cè)、疾病診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)分析 等領(lǐng)域獲得廣泛和實(shí)際的應(yīng)用。
圖1是本發(fā)明圖形化用于形成硅納米柱的光刻膠分布在硅襯底表面上的示意圖； 其中，l為襯底，3為光刻膠。 圖2(a)是本發(fā)明采用氧等離子體轟擊光刻膠得到分布在硅襯底表面上的納米顆 粒結(jié)構(gòu)的示意圖(a)和納米纖維直立結(jié)構(gòu)的示意圖(b);其中，4為納米顆粒，41為納米纖
維直立結(jié)構(gòu)。 圖3是本發(fā)明以納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩模各向異性刻蝕硅襯底得到垂直分布于硅襯 底表面上的硅納米柱的示意圖；其中，ll為硅納米柱。 圖4是本發(fā)明在硅納米柱或納米纖維直立結(jié)構(gòu)上濺射貴金屬納米層形成SERS活 性基底的示意圖。 圖5是本發(fā)明圖形化用于形成微流道模具的光刻膠的示意圖；其中，1為襯底，3為
光刻膠。 圖6是本發(fā)明以光刻膠為掩模各向異性刻蝕硅襯底形成微流道模具的示意圖。 圖7是本發(fā)明將PDMS預(yù)聚物均勻分布在微流道模具上的示意圖。 圖8是本發(fā)明將固化后的PDMS從微流道模具上揭開分離的示意圖。 圖9是本發(fā)明將PDMS微流道和SERS活性基底對(duì)準(zhǔn)密封形成基于SERS基底的微
流控檢測(cè)器件的示意圖。 圖10是本發(fā)明在基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件的相應(yīng)位置制作入/出液口的 示意圖。 圖11是本發(fā)明的基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件硅-PDMS雙層材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)三 維示意圖以及制作了入/出液口并安插了入/出液導(dǎo)管后的整體結(jié)構(gòu)三維示意圖。
圖12是本發(fā)明四個(gè)實(shí)施例分別得到的垂直于硅襯底并均勻分布在襯底表面上的 硅納米柱結(jié)構(gòu)和納米纖維直立結(jié)構(gòu)。 圖13是本發(fā)明基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件用于SERS檢測(cè)時(shí)被測(cè)試劑在微流道內(nèi)的流動(dòng)和測(cè)試點(diǎn)分布范圍示意圖。 圖14是基于實(shí)施例2的SERS活性基底(圖12b)制作的基于SERS基底的微流控 檢測(cè)器件所獲得的濃度為皮摩爾的羅丹明B溶液(待分析物)的拉曼散射光譜信號(hào)和所述 溶液在平整貴金屬表面的拉曼散射光譜信號(hào)的對(duì)比結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和生物材
料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。 實(shí)施例1 、制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件 1)制備SERS活性基底 在硅襯底1 (襯底a)的表面上旋涂厚度為1 y m的RZJ-304正性光刻膠，在98°C 烘箱中前烘15分鐘，用波長(zhǎng)為365nm、強(qiáng)度為5. 4mW/cm2的紫外光透過掩模版照射5s，在 RZJ-304正性光刻膠的顯影液中顯影30s，形成微流道形狀的光刻膠圖形；將具有光刻膠圖 形的硅襯底1放入功率為250W，氧氣流速為30sccm/min的氧等離子體轟擊腔體中，對(duì)光刻 膠進(jìn)行5分鐘的轟擊，在硅襯底1上制備出納米顆粒結(jié)構(gòu)；將具有納米顆粒結(jié)構(gòu)的硅襯底1 放入功率為400W， SF6和C4F8流速分別為40和90sccm/min的反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的腔體中，以 納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)硅襯底1進(jìn)行各向異性刻蝕40s ;將帶有硅納米柱的硅襯底1浸入 緩和氫氟酸溶液(氫氟酸和氟化氨按體積比l : l混合得到)中3s去除納米顆粒結(jié)構(gòu)，在 襯底1上形成高度為100nm直徑為5nm的硅納米柱，各納米柱垂直于硅襯底并均勻分布在 襯底表面上，其形貌特征由圖12(a)給出。在垂直分布于硅襯底1表面上的硅納米柱上濺 射5nm的銀納米顆粒層，即可得到SERS活性基底。
2)制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件 在硅襯底2 (襯底b)的表面上旋涂厚度為3 ii m的RZJ-304正性光刻膠，在98°C 烘箱中前烘15分鐘，用波長(zhǎng)為365nm、強(qiáng)度為5. 4mW/cm2的紫外光透過掩模版照射15s，在 RZJ-304正性光刻膠的顯影液中顯影30s，形成與硅襯底1表面相同的微流道形狀的光刻膠 圖形；將具有光刻膠圖形的硅襯底2放入功率為400W， SF6和C4F8流速分別為40和90sccm/ min的反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的腔體中，以光刻膠圖形為掩模，對(duì)硅襯底2進(jìn)行各向異性刻蝕6-30 分鐘，隨后將硅襯底2置于氧等離子體轟擊腔體中去除模具表面受刻蝕影響的薄層光刻 膠，再浸泡丙酮中10分鐘去除模具表面全部光刻膠，在硅襯底2上形成高度為10-50 ym的 微流道模具；將PDMS預(yù)聚體倒入所述微流道模具中，在60-8(TC的烘箱中加熱，使PDMS交 聯(lián)固化；將固化后的帶有微流道結(jié)構(gòu)的PDMS和模具揭開分離，并將所述帶有微流道結(jié)構(gòu)的 PDMS層和所述帶有硅納米柱結(jié)構(gòu)的硅襯底1對(duì)準(zhǔn)貼合，除去PDMS和硅襯底1之間的氣泡， 在微流道相應(yīng)位置制作入/出液口并安插入/出液導(dǎo)管，形成基于SERS基底的微流控檢測(cè) 器件。 實(shí)施例2、制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件
1)制備SERS活性基底 在硅襯底1 (襯底a)的表面上旋涂厚度為5 ii m的Shipley SPR正性光刻膠，在 98t:烘箱中前烘15分鐘，用波長(zhǎng)為365nm、強(qiáng)度為5. 4mW/cm2的紫外光透過掩模版照射60s， 在Shipley SPR正性光刻膠的顯影液中顯影90s，形成微流道形狀的光刻膠圖形；將具有光刻膠圖形的硅襯底1放入功率為250W，氧氣流速為30sccm/min的氧等離子體轟擊腔體中， 對(duì)光刻膠進(jìn)行25分鐘的轟擊，在襯底上制備出納米顆粒結(jié)構(gòu)；將具有納米顆粒結(jié)構(gòu)的硅襯 底1放入功率為400W， SF6和C4F8流速分別為40和90sccm/min的反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的腔體 中，以納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)硅襯底1進(jìn)行各向異性刻蝕160s ;將帶有硅納米柱的硅襯底 l浸入緩和氫氟酸溶液(氫氟酸和氟化氨按體積比l:5混合得到)中8s去除納米顆粒結(jié) 構(gòu)，在襯底1上形成高度為400nm直徑為30nm的硅納米柱，各納米柱垂直于硅襯底并均勻 分布在襯底表面上，其形貌特征由圖12(b)給出。在垂直分布于硅襯底1表面上的硅納米 柱上濺射50nm的銀納米顆粒層，即可得到SERS活性基底。
步驟2)制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件的方法同實(shí)施例1 。
實(shí)施例3 、制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件
1)制備SERS活性基底 在硅襯底1 (襯底a)的表面上旋涂厚度為20 m的Shipley AZ系列正性光刻膠， 經(jīng)ll(TC熱板100s的前烘后，用波長(zhǎng)為365nm、強(qiáng)度為4. 5mW/cm2的紫外光透過掩模版照 射400s，在Shipley AZ系列正性光刻膠的顯影液中顯影600s，形成微流道形狀的光刻膠圖 形；將具有光刻膠圖形的硅襯底1放入功率為250W，氧氣流速為30sccm/min的氧等離子體 轟擊腔體中，對(duì)光刻膠進(jìn)行IOO分鐘的轟擊，在襯底上制備出納米顆粒結(jié)構(gòu)；將具有納米顆 粒結(jié)構(gòu)的硅襯底1放入功率為400W， SF6和C4F8流速分別為40和90sccm/min的反應(yīng)離子 刻蝕機(jī)的腔體中，以納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)硅襯底1進(jìn)行各向異性刻蝕400s ;將帶有硅納 米柱的硅襯底l浸入緩和氫氟酸溶液(氫氟酸和氟化氨按體積比l : 30混合得到)中40s 去除納米顆粒結(jié)構(gòu)，在襯底1上形成高度為1 P m直徑為50nm的硅納米柱，各納米柱彼此分 離，垂直于硅襯底并均勻分布在襯底表面上，其形貌特征由圖12(c)給出。在垂直分布于硅 襯底1表面上的硅納米柱上濺射80nm的銀納米顆粒層，即可得到SERS活性基底。
步驟2)制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件的方法同實(shí)施例1 。
實(shí)施例4、制備基于SERS基底的微流控檢測(cè)器件
1)制備SERS活性基底 在硅襯底1 (襯底a)的表面上旋涂厚度為10 ii m的Microchem. Corp. SU_8負(fù)性光 刻膠，經(jīng)65t:熱板2分鐘和95t:熱板5分鐘的前烘后，用波長(zhǎng)為365nm、強(qiáng)度為4. 5mW/cm2的 紫外光透過掩模版照射50s，在SU-8負(fù)性光刻膠的顯影液中顯影200s，形成微流道形狀的 光刻膠圖形；將具有光刻膠圖形的硅襯底1放入功率為250W，氧氣流速為30sccm/min的氧 等離子體轟擊腔體中，對(duì)光刻膠進(jìn)行50分鐘的轟擊，在襯底上制備出納米纖維直立結(jié)構(gòu)， 納米纖維結(jié)構(gòu)垂直于硅襯底并均勻分布在襯底表面上，其形貌特征由圖12(d)給出。在垂 直分布于硅襯底1表面上的納米纖維直立結(jié)構(gòu)上濺射20nm的銀納米顆粒層，即可得到SERS 活性基底。 步驟2)制備基于SERS活性基底的微流控檢測(cè)器件的方法同實(shí)施例1。 實(shí)施例5、用本發(fā)明所提供的微流控檢測(cè)器件檢測(cè)低濃度羅丹明B溶液 采用實(shí)施例2制備的基于SERS活性基底的微流控檢測(cè)器件檢測(cè)濃度為皮摩爾
(10—12摩爾)的羅丹明B溶液。檢測(cè)過程中待分析物在微流道內(nèi)的流動(dòng)方向和拉曼測(cè)試點(diǎn)
分布范圍如圖13所示。從入液口 1壓入羅丹明B溶液，待羅丹明B溶液從出液口流出并確
保微流道內(nèi)從入液口 1到出液口的所有位置都被羅丹明B溶液浸潤(rùn)，停止從入液口 1壓入羅丹明B溶液，與此同時(shí)采用拉曼散射光譜儀檢測(cè)微流道內(nèi)相應(yīng)位置的拉曼散射光譜。消 除PDMS對(duì)應(yīng)峰值位置可能出現(xiàn)的拉曼散射光譜數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果如圖14所示。與平整貴 金屬表面的SERS信號(hào)相比，由本發(fā)明的基于SERS活性基底的微檢測(cè)器件得到的信號(hào)的增 強(qiáng)因子達(dá)到了5X108甚至更大。
權(quán)利要求
一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件的制備方法，包括下述步驟1)在清洗后的襯底a表面上旋涂光刻膠，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行前烘處理，然后在所述光刻膠上曝光微流道形狀圖案，經(jīng)顯影和定影后形成微流道形狀的光刻膠圖形；2)按照下述a)的方法在所述襯底a上形成納米柱或按照b)的方法在所述襯底a上形成納米纖維直立結(jié)構(gòu)a)對(duì)步驟1)得到的具有微流道形狀的光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕，在所述襯底a上形成均勻分布于所述襯底a的納米顆粒結(jié)構(gòu)；然后以所述納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)所述襯底a進(jìn)行各向異性刻蝕，然后除去所述襯底a上的納米顆粒結(jié)構(gòu)，在所述襯底a上形成垂直分布于所述襯底a的納米柱；b)對(duì)步驟1)得到的具有微流道形狀的光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕，在所述襯底a上形成均勻分布于所述襯底a的納米纖維直立結(jié)構(gòu)；3)在步驟2)得到的垂直分布于所述襯底a上的納米柱或納米纖維直立結(jié)構(gòu)上濺射金屬納米顆粒層，得到表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底；4)在清洗后的襯底b表面上旋涂光刻膠，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行前烘處理，然后在所述光刻膠上曝光形成與步驟1)中相同的微流道形狀圖案，經(jīng)顯影和定影后形成微流道形狀的光刻膠圖形；5)以步驟4)得到的具有微流道形狀的光刻膠圖形為掩模，對(duì)所述襯底b進(jìn)行各向異性刻蝕，然后除去所述襯底b上的光刻膠圖形，得到了微流道模具；6)以聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體澆注步驟5)得到的微流道模具，在60-80℃使聚二甲基硅氧烷交聯(lián)固化；然后將固化后的具有所述微流道結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷從所述微流道模具中剝離；7)將固化后的具有所述微流道結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷與步驟3)得到表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底對(duì)準(zhǔn)且緊密貼合，并在微流道相應(yīng)位置設(shè)置至少一個(gè)入液口和出液口，得到了所述基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟l)中所述襯底a和步驟4)中所述襯底b的表面上旋涂光刻膠的厚度均為1-20 iim。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟2)中對(duì)具有微流道形狀的光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕的方法如下將具有微流道形狀的光刻膠圖形的襯底a放入功率為100-300W，氧氣流速為10-50sccm/min的氧等離子體轟擊腔體中，對(duì)所述光刻膠圖形轟擊5-100分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于步驟2)中在所述襯底a上形成均勻分布于所述襯底a的納米顆粒結(jié)構(gòu)，則步驟1)中所述光刻膠為正性光刻膠，且所述襯底a由單晶硅或多晶硅組成；步驟2)中垂直分布于所述襯底a的納米柱的高度為lOOnm-1 li m，直徑為5_50nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一所述的方法，其特征在于步驟2)中在所述襯底a上形成垂直分布于所述襯底a的納米纖維直立結(jié)構(gòu)，則步驟1)中所述光刻膠為負(fù)性光刻膠，且所述襯底a由不被氧等離子體刻蝕的固體材料組成；所述不被氧等離子體刻蝕的固體材料選自下述任意一種單晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、玻璃、石英和金屬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5中任一所述的方法，其特征在于步驟3)中所述金屬納米顆粒層 的厚度為5-80nm ;形成所述金屬納米顆粒層的金屬選自下述任意一種金、銀、銅、鉬和鋁。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一所述的方法，其特征在于步驟5)中所述微流道模具的凹 槽深度為10-50 iim。
8. 權(quán)利要求1-7中任一所述方法制備得到的基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流 控檢測(cè)器件。
9. 權(quán)利要求8所述的基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件在檢測(cè)液體 待分析物和/或膠體待分析物和/或氣體待分析物中的應(yīng)用。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述液體待分析物選自下述至少一種物 質(zhì)形成的溶液色素、染色劑、藥物、農(nóng)藥、毒藥、營(yíng)養(yǎng)液、飲品和細(xì)胞培養(yǎng)液；所述膠體待分 析物選自下述至少一種膠體物質(zhì)血液、蛋白質(zhì)、涂料、淀粉膠體和土壤膠體；所述氣體待 分析物選自下述至少一種氣體二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲醛、乙炔、乙烯以及含懸 浮顆粒的汽車尾氣和工廠排放的廢氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底的微流控檢測(cè)器件。該微流控檢測(cè)器件是按照包括下述步驟的方法制備得到的在襯底上旋涂光刻膠，并對(duì)光刻膠依次進(jìn)行前烘、曝光、顯影和定影后形成微流道形狀的光刻膠圖形；對(duì)光刻膠圖形進(jìn)行氧等離子體干法刻蝕，在襯底上形成了垂直分布于的納米顆粒結(jié)構(gòu)或納米纖維直立結(jié)構(gòu)；以所述納米顆粒結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)襯底進(jìn)行各向異性刻蝕，在襯底上形成了納米柱；在襯底上的硅納米柱或納米纖維直立結(jié)構(gòu)上濺射金屬納米顆粒層，得到表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底；結(jié)合微流體器件及其加工技術(shù)形成了無雜質(zhì)干擾、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的硅-PDMS雙層結(jié)構(gòu)SERS微流控檢測(cè)器件，該微流控檢測(cè)器件不僅能用于液體待分析物的檢測(cè)還可用于膠體和氣體待分析物的檢測(cè)。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101792112SQ20101011767
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者吳文剛, 張煜龍, 毛海央, 王陽元, 郝一龍, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)