納米傳感技術(shù)在物理量檢測方面已表現(xiàn)出優(yōu)勢。而在化學(xué)量、生物量檢測方面,由于受到了材料、結(jié)構(gòu)和工藝等方面的束縛,其專用性和靈活性不能很好地滿足生物、化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的需求。同時(shí),隨著納米材料制備和檢測技術(shù)的進(jìn)步,納米技術(shù)在生物領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟。本文首先分析了表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）與納米傳感技術(shù)相結(jié)合的原理與主要理論基礎(chǔ)。通過對(duì)不同材料的基片進(jìn)行表面改性處理,分析得出當(dāng)HF酸腐蝕濃度為10-15%且蝕刻時(shí)間為約15分鐘時(shí),拉曼表面增強(qiáng)因子達(dá)到最大值并且表面形態(tài)處理獲得最佳效果。其次,本文利用集成電路制造工藝中的光刻等工藝在硅片表面加工出溝壑結(jié)構(gòu),鍍上一層金后形成了一種新型I-SERS基片,并將其與市場上的Q-SERS基片進(jìn)行了對(duì)比測試分析。Q-SERS基片具有良好的單點(diǎn)拉曼活性和拉曼信號(hào)均勻性,而I-SERS基片在重復(fù)檢測和穩(wěn)定性有一定的優(yōu)勢。接著,本文總結(jié)了利用電子束曝光等工藝制備了一種新型納米結(jié)構(gòu)的E-SERS基片,其拉曼增強(qiáng)因子可達(dá)10⁴以上,并分析了納米結(jié)構(gòu)的形狀、大小、間距對(duì)于SERS性能的影響。當(dāng)SERS基片圖案的尺寸范圍在50-300 nm時(shí),隨... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

便攜式生物傳感器[4]

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文2轉(zhuǎn)換器輸出的光信號(hào)，從而達(dá)到分析和檢測的目的。1992年，科佩爾曼[2]等人首次構(gòu)建并使用基于熒光的光纖納米傳感器來檢測微環(huán)境中的pH值，如圖1-1所示。工作原理是熒光劑固定在光纖頭上，當(dāng)熒光劑與質(zhì)子可逆地反應(yīng)時(shí)，試劑相的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，光學(xué)可變信號(hào)由光纖傳輸，測量熒光強(qiáng)度的變化以檢測pH值。圖1-1納米光纖傳感器探針[2]電化學(xué)專家Wolfbeis[3]認(rèn)為，生物傳感器是基于電化學(xué)或光學(xué)傳感的原理，可分為電化學(xué)和光學(xué)兩大類。在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中，傳統(tǒng)的生物傳感器尺寸很大，只有當(dāng)測試樣本的尺寸減小到微米級(jí)別時(shí)才能用于組織、細(xì)胞懸浮液等的測量，例如檢測活細(xì)胞或其他亞細(xì)胞成分，但是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確而且無干擾地測量樣品中的化學(xué)和天然成分是極其困難的。隨著新技術(shù)和新工藝的發(fā)展，納米光纖探針的制造技術(shù)逐漸成熟，便攜式生物傳感器的制備使用也越來越頻繁，如圖1-2所示。圖1-2便攜式生物傳感器[4]光纖傳感器因其高靈敏度、強(qiáng)抗干擾性和無需參考電極而被廣泛應(yīng)用于光學(xué)傳感技術(shù)中，光纖傳感器已成為一種重要的光學(xué)傳感器。Barker[5]等人基于亞鐵

第1章緒論5國內(nèi)課題組近年來也對(duì)SERS光纖探針的制備進(jìn)行了深入的研究。中科院課題組Cao[19]等人利用化學(xué)蝕刻的方法對(duì)錐形光纖的尖端和錐度表面進(jìn)行硅烷化處理，接著將銀納米顆粒涂覆在錐形探針的錐度表面，成功制備出一種新型的SERS錐形光纖探針，如圖1-3所示。他們制備的SERS光纖探針可以檢測濃度低至10-9M的4-氨基苯硫酚分子，拉曼峰值強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于9.1%，具有良好的再現(xiàn)性和長期穩(wěn)定性。Xia[20]等人通過將石墨烯與金的混合納米三角形結(jié)構(gòu)鍍?cè)诙嗣嫘偷墓饫w探針上，研究了影響光纖探針拉曼信號(hào)強(qiáng)度的因素，發(fā)現(xiàn)了物鏡的數(shù)值孔徑、光譜儀的狹縫寬度、光纖長度和SERS納米陣列的尺寸對(duì)光纖探針的拉曼信號(hào)強(qiáng)度均產(chǎn)生影響。同時(shí)驗(yàn)證了探針的高靈敏度，當(dāng)金納米結(jié)構(gòu)和石墨烯混合的時(shí)候，探針的靈敏度高于純金納米結(jié)構(gòu)探針的靈敏度，進(jìn)一步拓展了石墨烯在SERS光纖探針中的應(yīng)用。由于納米技術(shù)具有材料、結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢，在生物傳感領(lǐng)域的理論和應(yīng)用日趨成熟。結(jié)合納米材料的光纖微結(jié)構(gòu)傳感研究，有望改進(jìn)傳統(tǒng)光纖傳感技術(shù)，拓展其在生物檢測領(lǐng)域的應(yīng)用。圖1-3利用錐形光纖探針進(jìn)行SERS測量的原理圖[19]但是，光纖生物傳感器在發(fā)展過程中也遇到了相應(yīng)的問題，亟待解決。由于受到材料、結(jié)構(gòu)和工藝等方面的制約，光纖傳感結(jié)構(gòu)缺乏與實(shí)際待測目標(biāo)分析物（樣品）化學(xué)或生物狀態(tài)的密切關(guān)聯(lián)，其專用性和靈活性不能很好地滿足生物行業(yè)迅猛發(fā)展的需求，限制了其應(yīng)用的范圍。對(duì)于傳統(tǒng)的光纖生物傳感器，光纖作為導(dǎo)光的工具，主要以傳光作用為主，缺乏針對(duì)待測目標(biāo)分析物的分析和設(shè)計(jì)，對(duì)部分分析物的識(shí)別存在一定困難。受材料、結(jié)構(gòu)等因素的限制，光纖產(chǎn)生的拉曼效應(yīng)、布里淵效應(yīng)、表面等離子共振效應(yīng)等作用信號(hào)強(qiáng)度弱，響應(yīng)范圍與待測樣本匹配度差?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]基于三維表面增強(qiáng)拉曼基底的水中多環(huán)芳烴檢測[J]. 史曉鳳,張心敏,嚴(yán)霞,馬麗珍,張旭,馬海寬,馬君.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(07)
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