关键词:
卷曲纳米技术
微引擎
表面增强拉曼散射
生物化学分析
摘要:
在微型芯片上操纵并检测分子旨在实现分子检测的简便化、低成本化和高稳定性,受到生物分析、光流控等领域的研究者们的高度重视。表面增强拉曼散射(SERS)光谱利用SERS效应收集被检测分子的“指纹谱”,是一种用于探测和鉴定微量分子的有力而灵敏的分析工具。利用SERS光谱进行化学生物单分子检测,发展趋势逐渐倾向于对基底改性和与其它平台整合,实现多功能化、实用性强的一体式检测系统。本工作利用卷曲纳米技术制备多层材料的微米管,结合其几何结构并进行表面修饰,使其具有SERS特性。此外,微米管状结构可作为微引擎,成为运输分子的有效载体,用于流体中化学生物分子的收集与检测,为其在生物分析领域中提供巨大的应用潜力。论文主要工作及成果如下:1.利用卷曲纳米技术制备Au/SiO/Ti/Ag催化微引擎,多层材料的选取是为了满足多功能性的要求。使用紫外光刻或金属掩膜版的方法设计纳米薄膜的形状,并通过在特定位置引入刻蚀剂来实现纳米薄膜的定向卷曲,从而得到不同形状的微引擎。通过改变纳米薄膜的厚度来影响薄膜的应力梯度,实现Au/SiO/Ti/Ag微引擎管径的调控。此外,改变沉积纳米薄膜的衬底表面结构,可制备表面具有纳米结构的微引擎。2.由于Au本身优异的SERS活性以及催化微引擎表面粗糙的纳米结构,微引擎表现出优异的SERS特性。利用时域有限差分(FDTD)方法建立模型,对催化微引擎的表面电磁场进行模拟分析。FDTD计算表明在岛状纳米结构的“狭缝”处的电场强度最高,理论增强因子可达105。微引擎的SERS性能可以通过改变Au层的厚度或包覆增益介质来调控。3.通过改变过氧化氢浓度等参数,我们研究了催化微引擎的运动轨迹、运动速度和富集特性等行为。基于催化微引擎的微系统中测得的罗丹明6G分子的SERS信号是传统方法的约5倍,表现出微引擎系统的优越性。游动的催化微引擎作为化学生物分子的有效载体,扩展了收集分子的路径并增加了吸附分子的概率。此外,微系统中的微引擎可自主运动至收集、检测区域,相比传统的SERS检测方法属于非接触式检测,扩展了检测领域,具有光明的应用前景。