(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210758881.8 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 中国三峡建工 （集团） 有限公司 地址 610042 四川省成 都市高新区府 城大 道东段28 8号三峡大厦 (72)发明人 高阳阳　潘洪月　刘科　彭涛　 张颖　盛城　彭正　汪杰　何雅妮　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 焦磊 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 咖啡环交叉富集拉曼芯片及其制备方法和 其应用 (57)摘要 本发明提供了一种咖啡环交叉富集拉曼芯 片及其制备方法和其应用， 该拉曼芯片包括具有 陷光结构 的芯片， 芯片上设有疏水层， 疏水层上 设有纳米颗粒咖啡环， 疏水层上还设有由纳米颗 粒溶胶和待测污染物自组装形成的另一咖啡环， 两个咖啡环之间有交叉点， 在该点处纳米颗粒与 污染物均具有最高浓度。 本发明还公开了咖啡环 交叉富集拉曼芯片的制备方法及其在三苯基氯 化锡的检测应用。 该芯片基于咖啡环交叉效应的 富集策略和定位策略， 通过双咖啡环交叉印记对 检测区域快速锁定， 大幅提升检测效率以及一致 性， 同时利用纳米颗粒在微纳结构内的组装大幅 提升基底的增强性能。 并利用陷光效应和超 疏水 作用提升检测限， 以解决传统的表 面增强拉曼散 射基底灵敏度、 稳定性和一致性无法兼容的问 题。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114965436 A 2022.08.30 CN 114965436 A 1.一种咖 啡环交叉富集拉曼芯片， 其特征在于， 包括具有陷光结构的硅芯片， 芯片上设 有疏水层， 疏水层上设有单一的纳米颗粒咖啡环或咖啡环阵列， 疏水层上还设有至少一个 由纳米颗粒溶胶和待测污染物自组装形成的另一咖啡环， 该咖啡环与前述咖啡环之 间有交 叉点。 2.根据权利要求1所述的咖 啡环交叉富集拉曼芯片， 其特征在于： 所述硅芯片为柱阵列 芯片， 在40 0‑800nm光谱范围内具有低于10%的反射 率。 3.根据权利要求1所述的咖 啡环交叉富集拉曼芯片， 其特征在于： 所述疏水层采用全氟 硅烷作为疏 水剂。 4.根据权利要求1所述的咖 啡环交叉富集拉曼芯片， 其特征在于： 所述纳米颗粒为纳米 棒、 纳米锥或纳米 球； 纳米颗粒的材质为金或银。 5.根据权利要求1所述的咖 啡环交叉富集拉曼芯片， 其特征在于： 所述纳米颗粒溶胶与 待测污染物的用量比为1:1～1:10 。 6.制备权利要求1~5任意一项所述咖 啡环交叉富集拉曼芯片的方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： S1、 采用光刻加工结合湿法蚀刻制备 具有陷光结构的芯片； S2、 对S1所 得芯片进行超疏 水处理， 将疏水剂加工 到芯片结构上； S3、 将纳米颗粒制备成纳米颗粒溶胶， 一部分溶胶滴加在S2所得超疏水处理后的芯片 上表面并干燥得到纳米颗粒咖啡环， 另一部分纳米颗粒溶胶与污染物混合后在纳米颗粒咖 啡环的周围滴加使其干燥形成另一咖啡环， 两个咖啡环之间有交叉点， 即得。 7.根据权利要求6所述的制备方法， 其特征在于： 具有陷光结构的芯片制备时， 在硅片 表面磁控溅射铬作为掩蔽层， 后将光刻胶旋涂到硅片表面， 然后以激光直写机在表面曝光 出预定的图形， 在显影后形成图案， 再分别以去铬液和除胶剂清洗硅片， 在硅片表面形成陷 光结构的模板， 最后进行刻蚀、 清洗， 去除表面模板， 即得。 8.根据权利要求6所述的制备方法， 其特征在于： 超疏水处理前， 将芯片采用用食人鱼 溶液浸泡清洗， 浸泡时间为12h以上。 9.权利要求1~5任意一项所述的咖啡环 交叉富集拉曼芯片在水体污染物快速检测中的 应用。 10.根据权利要求9所述的应用， 其特 征在于： 水体污染物为 三苯基氯化锡。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114965436 A 2咖啡环交叉富集拉曼芯片及其制备方 法和其应用 技术领域 [0001]本发明涉及表面增强拉曼散射基底技术领域， 具体为用于水体污染物快速检测的 咖啡环交叉富 集拉曼芯片及其制备 方法和其应用。 背景技术 [0002]表面增强拉曼光谱是一种具有指纹特征的光谱技术， 能够对分子进行快速、 无损 的检测， 并且其检测限根据基底的性能最低能够达到单分子水平， 其在环境监测领域已经 得到了广泛的应用， 因而尤其 适用于环境污染物的现场检测。 [0003]然而表面增强拉曼光谱技术虽经过了几十年的研究和发展， 其走向真正的实际应 用仍有一定的问题和挑战。 其中， 制备具有高灵敏度， 同时具有较强稳定性和一致性的表 面 增强拉曼光谱基底是表面增强拉曼光谱技术面临的主要问题。 传统的表面增强拉曼散射基 底制备包括芯片型、 纳米颗粒溶胶型基底。 其中芯片型基底具有较高的一致性和稳定型， 但 其灵敏度仍有一定限制。 纳米颗粒溶胶基底具有强烈的局域表面等离激元共振效应和密集 的热点， 灵敏度较高， 但由于纳米颗粒溶胶的团聚过程及其不可控。 传统超疏水阵列芯片与 纳米颗粒 溶胶结合， 在咖啡环效应下不同位置的拉曼信号差异极大。 发明内容 [0004]本发明提供一种咖啡环交叉富集拉曼芯片及其制备方法和其应用， 基于咖啡环交 叉效应的富集策略和定位策略， 通过双咖啡环交叉印记对检测区域快速锁定， 大幅提升检 测效率以及一 致性。 [0005]本发明的技术方案是， 一种咖啡环交叉富集拉曼芯片， 包括具有陷光结构的硅芯 片， 芯片上设有疏水层， 疏水层上设有 单一的纳米颗粒 咖啡环或咖啡环阵列， 疏水层上还设 有至少一个由纳米颗粒溶胶和待测污染物自组装形成的另一咖啡环， 该咖啡环与前述咖啡 环之间有交叉点。 [0006]进一步地， 所述硅芯片为柱阵列芯片， 在400 ‑800nm光谱范围内具有低于 10％的反 射率。 [0007]进一步地， 所述疏 水层采用全氟硅烷作为疏 水剂。 [0008]进一步地， 所述纳米颗粒为纳米棒、 纳米锥或纳米 球； 纳米颗粒的材质为金或银。 [0009]进一步地， 所述纳米颗粒 溶胶与待测污染物的用量比为1:1～1:10 。 [0010]本发明还涉及制备 所述咖啡环交叉富 集拉曼芯片的方法， 包括以下步骤： [0011]S1、 采用光刻加工结合湿法蚀刻制备 具有陷光结构的芯片； [0012]S2、 对S1所 得芯片进行超疏 水处理， 将疏水剂加工 到芯片结构上； [0013]S3、 将纳米颗粒制备成纳米颗粒溶胶， 一部分溶胶滴加在S2所得超疏水处理后的 芯片上表面并干燥得到纳米颗粒咖啡环， 另一部分纳米颗粒溶胶与污染物混合后在纳米颗 粒咖啡环的周围滴加使其干燥形成另一咖啡环， 两个咖啡环之间有交叉点， 即得。 [0014]进一步地， S1中具有陷光结构的芯片制备时， 在硅片表面磁控溅射铬作为掩蔽层，说　明　书 1/4 页 3 CN 114965436 A 3