并且不受水分子的干擾影響，拉曼光譜可以適用于檢測(cè)生物分子，例如，如蛋白質(zhì)、基因等。由于拉曼發(fā)射光譜的波長(zhǎng)提供光吸收分子的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可以直接使用拉曼信號(hào)分析分析物。然而，盡管存在這種可用性，拉曼光譜并沒有商業(yè)化因?yàn)槿孕枰咝阅艿脑O(shè)備去檢測(cè)弱的拉曼光譜信號(hào)。
[0024]已經(jīng)開發(fā)多種方法增強(qiáng)拉曼信號(hào)。主要有兩個(gè)增強(qiáng)機(jī)制，即電磁增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)。電磁效應(yīng)更有優(yōu)勢(shì)。電磁增強(qiáng)取決于金屬表面存在粗糙特征。表面增強(qiáng)拉曼信號(hào)主要將分析物吸附到貨幣金屬(coinage metal)(例如Au、Ag或Cu)的表面或堿金屬(如L1、Na、K)的表面進(jìn)行檢測(cè)，其激發(fā)波長(zhǎng)處在或者接近可見光區(qū)域。拉曼信號(hào)的強(qiáng)度與入射到分析物的電磁場(chǎng)的大小的平方成正比，電磁場(chǎng)是指在不存在金屬粗糙特征下施加于分析物的電磁場(chǎng)和由微粒金屬粗糙特征所得的電磁場(chǎng)的總和。在多種領(lǐng)域中，有很多制備基底的工作通過控制表面結(jié)構(gòu)，尤其是粗糙度，來將表面增強(qiáng)拉曼信號(hào)顯著增強(qiáng)至高水平?！癗at.Nanotechnology,2010,5(10):732-736；Chin.Phys.Lett.，2007,24(10):2934-2937”中報(bào)道了通過包括數(shù)個(gè)納米間隙的結(jié)構(gòu)來顯著增強(qiáng)拉曼信號(hào)。因此，本發(fā)明的發(fā)明者提供一種表面增強(qiáng)拉曼光譜的基底，該基底包括在大規(guī)模均一分布的納米間隙。該表面增強(qiáng)拉曼光譜的基底通過以下方法制備，該方法包括通過在聚合物基底上通過氣相沉積沉積金屬(也就是拉曼活性材料)以在突起結(jié)構(gòu)上形成含金屬納米粒子，以及于部分或全部的、未形成有所述突起結(jié)構(gòu)的聚合物基底的表面上形成含金屬薄層。這里，通過控制金屬氣相沉積，根據(jù)突起結(jié)構(gòu)之間的距離以數(shù)個(gè)納米的恒定間距排布金屬納米粒子，以控制金屬納米粒子的尺寸。
[0025]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“表面等離子體共振(surface Plasmon resonance，SPR)”是由入射光刺激在負(fù)介電常數(shù)材料和正介電常數(shù)材料之間的傳導(dǎo)電子的集體振蕩(collectiveoscillat1n)。在入射光子的頻率與表面電子對(duì)抗正核(positive nuclei )的回復(fù)力(restoring force)振蕩的固有頻率相匹配時(shí)共振條件便確立。特別是，在納米顆粒尺寸下限制表面等離子體所得的表面等離子體共振被稱為局域表面等離子體共振(localizedsurface plasmon resonance)。吸附在金屬(例如Au或Ag)表面的材料可以使用表面等離子體共振進(jìn)行分析。
[0026]根據(jù)一種實(shí)施方式的表面增強(qiáng)拉曼光譜的基底可以包括在聚合物基底的突起結(jié)構(gòu)上的金屬納米粒子，尤其是圓形或橢圓形的金屬納米粒子，以及形成于部分或全部的、未形成有所述突起結(jié)構(gòu)的聚合物基底的第一表面上的含金屬薄層。表面增強(qiáng)拉曼光譜基底可以提供協(xié)同信號(hào)增強(qiáng)效應(yīng)以靈敏地探測(cè)拉曼信號(hào)，原因在于在突起結(jié)構(gòu)上相距數(shù)個(gè)納米的納米粒子間存在著表面等離子體共振，以及由在部分的、未形成有突起結(jié)構(gòu)的聚合物基底表面上形成的、且離納米離子數(shù)十個(gè)納米的含金屬薄層而形成的表面等離子體。當(dāng)金屬通過派射(sputtering)沉積在具有突起結(jié)構(gòu)的聚合物基底上時(shí)，該金屬可能先均勾沉積在突起結(jié)構(gòu)上和突起結(jié)構(gòu)的間隙之間。然而，隨著沉積的進(jìn)行，由于濺射粒子引起的陰影效應(yīng)(shadow effect)，金屬可能集中地沉積在突起結(jié)構(gòu)上。因?yàn)槲葱纬捎型黄鸾Y(jié)構(gòu)的表面有可能被臨近的突起結(jié)構(gòu)和該結(jié)構(gòu)上球形生長(zhǎng)的納米粒子所阻擋，到達(dá)該表面的金屬的量會(huì)顯著下降。
[0027]當(dāng)聚合物基底上形成的突起結(jié)構(gòu)上引起負(fù)電荷不對(duì)稱積累時(shí)，可能會(huì)誘發(fā)突起結(jié)構(gòu)上陽(yáng)離子或金屬離子的聚集。因此，金屬離子可能在負(fù)電荷聚集的突起結(jié)構(gòu)上集中沉積形成且長(zhǎng)成納米粒子。這種在聚合物基底的突起結(jié)構(gòu)上的該金屬沉積可能不是形成連續(xù)的膜(continuous film)，而是獨(dú)立的球形納米粒子。由于負(fù)電荷選擇性地積累在突起結(jié)構(gòu)上，聚合物和金屬之間的弱鍵以及突起結(jié)構(gòu)的上部分的高曲率，使得金屬粒子可能不會(huì)均勻地沉積在突起結(jié)構(gòu)上。由于聚合物和金屬之間的弱鍵以及低潤(rùn)濕性，使得金屬粒子可能不會(huì)在結(jié)構(gòu)的側(cè)面(the side surfaces)上生長(zhǎng)。
[0028]所述突起結(jié)構(gòu)可以以恒定間距相間隔以提供具有上述結(jié)構(gòu)特征的基底。例如，所述突起結(jié)構(gòu)以10-500nm的恒定間距相間隔，以20_200nm的恒定間距，更優(yōu)選以40_80nm的恒定間距。當(dāng)所述突起結(jié)構(gòu)之間的距離小于I Onm時(shí)，突起結(jié)構(gòu)上形成的金屬納米粒子不能形成為相隔數(shù)個(gè)納米距離的獨(dú)立的粒子，而是形成連續(xù)的膜。另一方面，當(dāng)所述突起結(jié)構(gòu)之間的距離大于500nm時(shí)，由于具有陰影效應(yīng)的部分變得廣泛，可能形成厚的含金屬薄層。因此，該部分與突起結(jié)構(gòu)上形成的納米粒子之間的界限會(huì)變得模糊。為了保持納米粒子之間的間距在納米水平，納米粒子的尺寸可以變得更大。為了增強(qiáng)拉曼信號(hào)，每單位面積上的納米間隙的密度也可能減少，斑點(diǎn)(spot)的數(shù)量也會(huì)因此下降。
[0029]如上所述，所述突起結(jié)構(gòu)可以包括突起曲面。因此可以使用蝕刻法(etchingmethod)而不是采用提供平的和成角的結(jié)構(gòu)(flat and angled structures)的印跡法(imprinting method)。所述突起結(jié)構(gòu)可能通過干法刻蝕聚合物基底表面得到。所述干法刻蝕可以是使用選自由氬氣、氧氣、氫氣、氦氣和氮?dú)饨M成的組中的至少一種氣體的等離子體干法刻蝕(plasma dry etching)。然而，方法并不局限于此，也可以使用不在上述例證描述的思想和范圍內(nèi)的其他方法。所述聚合物基底的等離子體干法刻蝕可以由本領(lǐng)域所知的各種方法完成。可以在聚合物基底上進(jìn)行等離子體干法刻蝕以形成突起。可以通過改變各種因素，例如氣體的流速、形成等離子體的力、等離子體的暴露時(shí)間等來控制突起的距離和尺寸。
[0030]可以通過氣相沉積在聚合物基底的第一表面(具有形成為相互間隔的、具有突起曲面的突起結(jié)構(gòu))上形成所述含金屬納米粒子和所述含金屬薄層。該氣相沉積可以由濺射、蒸發(fā)和化學(xué)氣相沉積完成。然而并不局限于此。
[0031]在所述突起結(jié)構(gòu)上的含金屬納米粒子可以形成球形或橢圓形。然而，所述含金屬納米粒子的形狀并不限于此。所述含金屬納米粒子的平均粒度可以為5ηπι-1μπι。所述含金屬納米粒子的平均粒度可以為10nm-300nm。然而，所述含金屬納米粒子的尺寸并不限于此。
[0032]在所述聚合物基底上垂直形成的含金屬納米粒子的水平最大寬度(horizontalmaximum width)Wl可以等于或大于在所述聚合物基底上垂直形成的突起結(jié)構(gòu)的水平最大寬度W2，并且小于所述突起結(jié)構(gòu)中心之間的最短距離W3。例如，當(dāng)所述含金屬納米粒子的水平最大寬度Wl小于所述突起結(jié)構(gòu)的水平最大寬度W2時(shí)，不可能提供增強(qiáng)的拉曼效應(yīng)。當(dāng)該尺寸小于突起結(jié)構(gòu)的而不顯示拉曼效應(yīng)增強(qiáng)時(shí)，由于納米粒子之間距離的增大不能夠提供拉曼效應(yīng)的有效增強(qiáng)。另一方面，當(dāng)所述含金屬納米粒子的水平最大寬度Wl大于所述突起結(jié)構(gòu)中心之間的最短距離W3時(shí)，不能形成提供拉曼信號(hào)顯著增強(qiáng)的納米間隙，但有可能形成具有不均勾連續(xù)曲面的浮雕表面(embossed surface)。
[0033]由于具有數(shù)個(gè)納米間隔的結(jié)構(gòu)提供了顯著增強(qiáng)的拉曼信號(hào)，通過控制所述含金屬納米粒子之間的距離，可以使得表面增強(qiáng)拉曼光譜的納米間隙為l-10nm。通過調(diào)整所述突起結(jié)構(gòu)之間的距離和所述突起結(jié)構(gòu)上形成的含金屬納米粒子的尺寸可以控制所述含金屬納米粒子之間的距離。
[0034]所述含金屬納米粒子可以為含有拉曼活性材料的納米粒子，例如金屬、金屬氧化物和金屬氮化物。所述含金屬納米粒子中的金屬可以選自Au、Ag、Cu、Pt、Pd和它們的合金，通過提供由表面等離子體共振引起的增強(qiáng)的電磁場(chǎng)以增強(qiáng)吸附在該金屬上的分析物的拉曼信號(hào)。
[0035]形成所述聚合物基底的聚合物可以選自丙烯酸類聚合物、聚醚砜(PES)、聚環(huán)烯烴(PCO)、聚氨酯(poly1urethane)和聚碳酸酯(PC)，通過等離子體干法刻蝕以在基底上提供均勻分布的突起結(jié)構(gòu)。聚合物基底也可以通過在另一基底上形成含有聚合物的加強(qiáng)涂層(reinforced coating layer)來形成。優(yōu)選地，聚合物基底為丙稀酸類聚合物自身形成的基底或?yàn)槠渖闲纬捎邪┧犷惥酆衔锏募訌?qiáng)涂層的基底。丙烯酸聚合物的實(shí)例可以是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲基丙烯酸酯、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(丙烯酸乙酯)(PEA)、聚(2-氯乙基乙烯基醚)(PCVE)、聚(丙烯酸-2-乙基己酯)(PEHA)，聚(甲基丙烯酸羥乙酯)(PHEMA)、聚(丙烯酸丁酯)(PBA)、聚(甲基丙烯酸丁酯)(PBMA)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)(poly(trimethylolpropane triacrylate) ,PTMPTA)。然而，所述丙稀酸類聚合物并不限于此。所述加強(qiáng)涂層可以含有選自丙稀酸涂層材料、聚氨酯類涂層材料(poly urethane-basedcoating material)、環(huán)氧類涂層材料(epoxy-based coating material)和底漆類涂層材料(primer-based coating material)的聚合物涂層材料。所述加強(qiáng)涂層還可以含有選自金屬氧化物、金屬硫化物、氧化招、二氧化娃、氧化錯(cuò)和氧化鐵的無機(jī)微粒。所述加強(qiáng)涂層在基底上形成的厚度可以是1-10μηι。
[0036]表面增強(qiáng)拉曼光譜的基底的制備方法可以包括通過干法刻蝕聚合物基底的第一表面形成具有突起曲面的且相互間隔的突起結(jié)構(gòu)；以及通過氣相沉積含金屬拉曼活性材料，使得在所述突起結(jié)構(gòu)的突起曲面上的含金屬納米粒子以及形