本發(fā)明涉及表面增強拉曼散射技術領域，特別是涉及一種基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法。

背景技術：

表面增強拉曼光譜(SERS，Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)是一種分析檢測分子信號的手段，已廣泛應用于材料科學、表面化學、生物醫(yī)學等領域。SERS的高增強效應主要來自于貴金屬基底(金、銀)局域表面電磁場所產(chǎn)生的物理增強。與拉曼光譜(RS，Raman Spectroscopy)的信號強度相比，SERS的信號強度可提高10⁴～10¹⁰倍。

光化學(Photochemistry)是指光子與物質(zhì)發(fā)生永久性化學反應的過程。理論上，通過光化學作用，可以產(chǎn)生進行SERS檢測的貴金屬基底。然而，現(xiàn)有技術中利用這種方法產(chǎn)生的SERS基底多數(shù)只能檢測濃度大于10^-10M以上的物質(zhì)，檢測靈敏性差，重復性不好。因此，如何利用光化學作用產(chǎn)生的貴金屬進行高靈敏性和高重復性的SERS檢測成為本領域技術人員所關心的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法，實現(xiàn)利用光化學反應產(chǎn)生的貴金屬進行高靈敏性和高重復性的SERS檢測。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供一種基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法，包括：向檢測管中注入光化學反應試劑；

利用第一光化學反應光源第一次照射所述檢測管的檢測部位，使所述檢測部位的所述光化學反應試劑發(fā)生光化學反應，產(chǎn)生用于表面增強拉曼光譜SERS檢測的貴金屬顆粒物；

向所述檢測管中注入清洗劑清洗所述光化學反應試劑；

利用第二光化學反應光源第二次照射所述檢測管的所述檢測部位，使得殘留的所述光化學反應試劑充分反應，并產(chǎn)生顆粒度小于所述貴金屬顆粒物的細微顆粒；

向所述檢測管中注入待檢測分子試劑，對所述檢測管的所述檢測部位進行SERS檢測，以便得到待檢測分子的SERS信號。

優(yōu)選的，所述方法還包括：使用包括至少一個入口、一個出口和檢測部分的檢測管，所述檢測部分的位置低于所述至少一個入口和所述出口。

優(yōu)選的，所述方法還包括：使用包括至少一個入口、一個出口和檢測部分的檢測管，所述檢測部分為長方體形狀。4.如權利要求1所述的基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法，其特征在于，所述方法還包括：使用具有毛細管結(jié)構(gòu)的所述檢測管。

優(yōu)選的，所述光化學反應試劑為硝酸銀和檸檬酸鈉的混合物，所述利用第一光化學反應光源第一次照射所述檢測管的檢測部位包括：

使用功率為30uw以上的光化學反應光源作為所述第一光化學反應光源。

優(yōu)選的，所述利用第一光化學反應光源第一次照射所述檢測管的檢測部位包括：使用功率為30uw以上的光化學反應光源作為所述第一光化學反應光源。

優(yōu)選的，所述利用第二光化學反應光源第二次照射所述檢測管的檢測部位包括：使用功率為100uw以上的光化學反應光源作為所述第二光化學反應光源。

優(yōu)選的，該方法還包括：使用微流控芯片內(nèi)的溝道作為所述檢測管。

優(yōu)選的，所述光化學反應試劑為貴金屬試劑和弱還原劑的混合物，所述至少一個入口包括貴金屬試劑入口、弱還原劑入口、清洗劑入口和待檢測分子試劑入口，其中，連接所述貴金屬試劑入口和所述清洗劑入口的溝道構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，連接所述弱還原劑入口和所述待檢測分子試劑入口的溝道也構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，兩個“Y”型結(jié)構(gòu)的兩個“I”部又構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，最后一個“Y”型結(jié)構(gòu)的“I”部連接所述溝道的其余部分。

通過采用本發(fā)明實施例提供的基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法，能夠利用光化學反應產(chǎn)生的貴金屬進行高靈敏性和高重復性的SERS檢測，為本領域技術人員提供了一種新的SERS檢測技術。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中兩次照射產(chǎn)生的顆粒物的掃描電鏡圖及模擬圖示意圖。

圖3示出本發(fā)明實施方式中使用微流控芯片內(nèi)的溝道作為檢測管時實現(xiàn)SERS檢測方法所應用的系統(tǒng)的示意圖。

圖4示出本發(fā)明實施例中利用SERS檢測系統(tǒng)進行SERS檢測的流程示意圖。

具體實施方式

在附圖中，使用相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

本發(fā)明實施例提供一種基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測方法，圖1為該方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括：

步驟101，向檢測管中注入光化學反應試劑。

步驟102，利用第一光化學反應光源第一次照射所述檢測管的檢測部位，使所述檢測部位的所述光化學反應試劑發(fā)生光化學反應，產(chǎn)生用于表面增強拉曼光譜SERS檢測的貴金屬顆粒物。

步驟103，向所述檢測管中注入清洗劑清洗所述光化學反應試劑。

步驟104，利用第二光化學反應光源第二次照射所述檢測管的所述檢測部位，使得殘留的所述光化學反應試劑充分反應，并產(chǎn)生顆粒度小于所述貴金屬顆粒物的細微顆粒。

步驟105，向所述檢測管中注入待檢測分子試劑，對所述檢測管的所述檢測部位進行SERS檢測，以便得到待檢測分子的SERS信號。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，使用包括至少一個入口、一個出口和檢測部分的檢測管，且所述檢測部分的位置低于所述至少一個入口和所述出口。這樣，可以使用例如滴管的方式注入光化學反應試劑等液體。當然，也可以使用注射泵或注射器等方式注入液體，此時，不要求檢測部分的位置低于所述至少一個入口和所述出口。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，使用包括至少一個入口、一個出口和檢測部分的檢測管，所述檢測部分為長方體形狀。利用該設計，可以更好地控制顆粒物在檢測管內(nèi)的堆積，從而控制SERS檢測的效果。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，使用具有毛細管結(jié)構(gòu)的所述檢測管。此處毛細管僅是示例，還可以是其他類似管狀物。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，使用功率為30uw以上的光化學反應光源作為所述第一光化學反應光源。優(yōu)選地，第一次照射使用的光化學反應光源功率為130uw。第一光化學反應光源第一次照射光化學反應試劑的時間優(yōu)選的大于15s，進一步優(yōu)選的為90s。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，使用功率為100uw以上的光化學反應光源作為所述第二光化學反應光源。優(yōu)選地，第二次照射使用的光化學反應光源功率為2.5mw。第二光化學反應光源第二次照射光化學反應試劑的時間優(yōu)選的大于15s，進一步優(yōu)選的為40s。

在本發(fā)明中，可以選擇波長在300-1200nm的激光作為上述第一光化學反應光源或第二光化學反應光源，優(yōu)選的，可以選擇波長為532nm和633nm的激光作為光化學反應光源。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，所述光化學反應試劑為貴金屬試劑和弱還原劑的混合物。例如，所述光化學反應試劑可以為硝酸銀和檸檬酸鈉的混合物。容易理解，利用硝酸銀和檸檬酸鈉的混合物可以產(chǎn)生貴金屬銀，但這不意味著不可以使用其他貴金屬，例如還可以是四氯金酸溶液及其弱還原劑等，從而產(chǎn)生貴金屬金作為SERS基底。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，使用微流控芯片內(nèi)的溝道作為所述檢測管。微流控芯片通常包括載玻片及其上面的長方體透明材料，所述溝道刻畫于所述長方體透明材料的底面。其中，優(yōu)選的，所述溝道的至少一個入口和出口位于所述長方體透明材料的頂面，向下穿透所述長方體透明材料連接所述溝道。在其他實施方式中，所述溝道的至少一個入口和出口還可以位于所述長方體透明材料的側(cè)面，即可以與所述溝道大致位于同一水平面。

在本發(fā)明提供的一種實施方式中，所述光化學反應試劑為貴金屬試劑和弱還原劑的混合物，所述至少一個入口包括貴金屬試劑入口、弱還原劑入口、清洗劑入口和待檢測分子試劑入口，其中，連接所述貴金屬試劑入口和所述清洗劑入口的溝道構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，連接所述弱還原劑入口和所述待檢測分子試劑入口的溝道也構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，兩個“Y”型結(jié)構(gòu)的兩個“I”部又構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，最后一個“Y”型結(jié)構(gòu)的“I”部連接所述溝道的其余部分。

為了進一步說明本發(fā)明方案，圖2示出使用硝酸銀和檸檬酸鈉的混合試劑作為光化學反應試劑時兩次照射產(chǎn)生的顆粒物的掃描電鏡圖及模擬圖。容易理解，對于發(fā)生在檢測管內(nèi)的光化學反應，難以利用掃描電鏡實時地觀測其反應產(chǎn)物，因此，本發(fā)明實施方式中，在其他環(huán)境相同的情況下，將檢測管更換為載玻片，在載玻片上進行第一次和第二次照射，然后利用掃描電鏡觀察載玻片上兩次照射后的產(chǎn)物，從而知曉在檢測管內(nèi)的兩次照射后的產(chǎn)物的形貌變化。圖2(1)為第一次照射后產(chǎn)生的貴金屬顆粒物的掃描電鏡圖，圖2(2)為第二次照射后產(chǎn)生的細微顆粒的掃描電鏡圖，可以看到，細微顆粒的尺寸遠小于貴金屬顆粒物的尺寸。圖2(3)為兩次照射的模擬圖，第一次照射后產(chǎn)生的貴金屬顆粒物21為球形，具有大致光滑的表面，第二次照射后產(chǎn)生球體22，其球體為貴金屬顆粒物，球體表面上具有很多刺，從而產(chǎn)生很多熱點，進一步提高信號強度。需要說明，圖2(3)僅是便于說明的模擬圖，其中的“刺”并不一定是實際形貌，可以是附著在第一次照射后的貴金屬顆粒物等上的細微顆粒，或者在第一次照射后的貴金屬顆粒物等的光滑表面上長出來的突起物，這些新的微結(jié)構(gòu)可形成更多的SERS熱點結(jié)構(gòu)，從而使SERS檢測的信號增強。

圖3示出本發(fā)明實施方式中使用微流控芯片內(nèi)的溝道作為檢測管時實現(xiàn)該SERS檢測方法所應用的系統(tǒng)的示意圖。其中，注射器件10為例如精密注射泵，通過四個進樣器11-14連接微流控芯片21的入口1-4，其中進樣器11連接入口1，進樣器12連接入口2，進樣器13連接入口3，進樣器14連接入口4，液體15-18分別為硝酸銀、清洗劑(例如去離子水)、待檢測分子和檸檬酸鈉，優(yōu)選的，進樣器1的管道通過遮光材料包裹。

微流控芯片21包括載玻片211和其上的長方體透明材料212，溝道刻畫于長方體透明材料212的底面，四個入口1-4和出口5位于長方體透明材料的頂面，向下穿透長方體透明材料連接溝道。連接入口1和2的溝道構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，連接入口3和4的溝道也構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，兩個“Y”型結(jié)構(gòu)的兩個“I”部又構(gòu)成第三個“Y”型結(jié)構(gòu)，第三個“Y”型結(jié)構(gòu)的“I”部連接密集彎曲部分，使液體充分混合，然后連接光化學反應區(qū)域，光化學反應區(qū)域連接出口。圖3中的光化學反應區(qū)域為稀疏的彎曲管道，該種方式僅為示例，例如還可以是螺旋形狀，本發(fā)明對此不作限制。

如圖3所示，微流控芯片的出口可以連接廢液池31，以便回收實驗后的液體。

如圖3所示，拉曼光譜儀60照射微流控芯片進行SERS檢測，其中檢測光通過折射鏡經(jīng)過50xl的物鏡到達微流控芯片。該折射過程以及50xl的物鏡僅是作為示例，也可以不經(jīng)過折射而直接照射微流控芯片，也可以使用其他倍數(shù)的物鏡，本文對此不作限制。

在該實施方式中，利用SERS檢測系統(tǒng)進行SERS檢測的過程如圖4所示，其中，注射器件以注射泵為例，清洗劑以去離子水為例，包括如下步驟：

步驟401，用注射泵將光化學反應試劑注入微流控芯片中。

步驟402，打開激光，并通過光學元件將激光匯聚在微流控芯片的溝道中，進行光化學反應，產(chǎn)生SERS基底。本步驟中，使用激光照明的方法生長SERS基底。

步驟403，用注射泵將去離子水注入芯片中清洗芯片和SERS基底。此時，難以在短時間內(nèi)完全清除所有光化學反應試劑，因此，SERS基底表面仍殘留少量光化學反應試劑。

步驟404，打開激光，繼續(xù)用光照明SERS基底，進行二次光化學反應。本步驟中，消耗完SERS基底表面殘留的少量光化學反應試劑，同時，利用光學漂白的作用，漂白SERS基底表面殘留的噪聲分子。

步驟405，注入待測分子，使用拉曼光譜儀檢測待測分子的SERS信號。

通過采用本發(fā)明實施例提供的基于光化學技術的表面增強拉曼光譜檢測系統(tǒng)，能夠利用光化學反應產(chǎn)生的貴金屬進行高靈敏性和高重復性的SERS檢測，為本領域技術人員提供了一種新的SERS檢測技術。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制。本領域的普通技術人員應當理解：可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。