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AFM加工SERS基底与微流控系统集成研究

孔德鹏  
【摘要】:表面增强拉曼散射(SERS,Surface Enhanced Raman Scattering)效应通过利用贵金属提供的局部电场增强作用放大拉曼信号,具有无侵害性、特异性强、高灵敏度的优点,已广泛应用于分析化学、表面科学及生物科学等领域。同时其与微流控系统的集成应用,更具有样本需求少、反应速度快、可便携等独特优势。原子力显微镜(AFM)因为加工过程简单、原位检测、环境友好等优点,已被广泛应用于微纳加工领域。采用AFM探针直接刻划的方式,可以在聚合物表面制备光栅、点阵等周期性纳米结构,有望应用于SERS基底的制作领域中。首先,利用表面等离子激元共振理论来探究拉曼增强机理,采用COMSOL有限元仿真的方法对于AFM可加工的周期性纳米结构作为SERS基底进行了电磁仿真,研究了纳米结构的尺寸形貌等因素对电磁增强的影响,为采用AFM加工所需的周期性纳米结构来作为SERS基底提供了理论指导。研究了镀膜种类、镀膜厚度、入射波长等工艺因素对拉曼增强的影响规律,为SERS基底的制备工艺,拉曼光谱实验的参数选择提供了理论指导。其次,采用AFM在聚碳酸酯板上进行机械刻划实验,研究了刻划方向、垂直载荷等工艺参数对单V型槽的刻划影响规律。基于单槽刻划工艺参数的影响规律,通过控制进给量实现了可控尺寸周期性纳米光栅的加工。采用同一区域改变加工角度进行二次或多次刻划加工的方法制备了周期性纳米点阵,研究了探针刻划方向、样品旋转角度、进给量等工艺参数对周期性纳米点阵结构和尺寸的影响规律,最终实现了可控尺寸形貌的周期性纳米结构的加工。研究了加工范围和同一轨迹叠加刻划对加工周期性纳米阵列的影响,实现了SERS基底所需周期性纳米阵列的加工。最后,基于加工好的周期性纳米结构,通过转印、镀膜等方式将其制备为SERS基底,研究了转印比例,镀膜方式等对SERS基底性形貌的影响;以罗丹明6G(R6G)分子为表征,探究了SERS基底的形貌尺寸对拉曼增强效果的影响规律,评估了SERS基底的均匀性和可重复性;采用软光刻的制备方法,制备了微流控通道,实现了SERS基底与微流控通道的键合,制备了SERS-微流控系统,实现了对R6G、孔雀石绿、4-硫基吡啶(MPY)等分子的检测,进一步探究了其在蛋白质检测中的应用。


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