本發明屬于生物醫學研究、環境監測和臨床檢測技術領域。

背景技術：

表面增強拉曼散射（sers）技術以其獨特的譜帶窄、靈敏度高、檢測速度快和無損等優勢，在環境監測、生物分析等方面得到了越來越廣泛的應用。理想高效的sers基底通常不僅需要巨大的熱點獲得高靈敏度，也需要具有均勻的熱分布斑點以確保良好的信號再現性。而半導體-金屬復合材料的協同作用目前在sers領域更是受到廣泛關注，特別是具有自清潔能力占主導地位的半導體的zno與貴金屬的復合襯底。作為具有3.7ev的寬帶隙zno已經被證明具有突出的化學增強效果。在3dzno/sio2sers復合襯底上沉積大量的agnps，能夠產生高密度的“熱點”，產生了雙重增強的協同效應機制，這被廣泛探索和應用到高度敏感檢測。

目前的報道已有二維的光子晶體薄膜、三維的光子晶體薄膜及光纖被用于表面拉曼光譜的基底研究。然而，光子晶體薄膜容易從基底脫落、不易大面積制備，大多數研究所報道的光子晶體薄膜做為基底時的應用，其結構在檢測時不穩定而且靈敏度并不高，檢測限范圍有限。光子晶體光纖沖擊器有復雜的制造工藝和高成本，而三維有序的復合拉曼光子晶體微球做為表面拉曼增強光譜基底檢測時其檢測靈敏度高，操作簡便，成本低廉且重復性好，表面熱點分布均一，進一步提高復合材料在表面拉曼增強檢測領域的檢測限范圍。

技術實現要素：

針對現有的sers檢測技術中存在的不足，本發明提出一種穩定性好的復合拉曼光子晶體微球的制備方法。

本發明的技術方案包括以下步驟：

1）將醋酸鋅的乙醇溶液、氫氧化鈉的乙醇溶液和二氧化硅光子晶體微球混合，于恒溫水浴中攪拌反應，取固相洗滌、烘干，得三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球；

2）將pvp的乙二醇溶液和氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球混合后，再加入agno3水溶液和nabh4水溶液，于恒溫水浴中攪拌反應后，取固相洗滌、烘干，得復合拉曼光子晶體微球。

步驟1）中，本發明利用原位合成的方法將氧化鋅納米粒子包覆在光子晶體微球表面，再通過步驟2）將銀納米粒子包覆在得到的微球表面，制得復合拉曼光子晶體微球，即在光子晶體微球表面引入氧化鋅納米粒子及銀納米粒子，來實現增強表面拉曼光譜效果。

本發明通過構建ag、zno納米粒子與sio2光子晶體微球的復合體系，結合ag與zno納米粒子的雙重電磁場增強作用，形成大量的“熱點”。再結合光子晶體的結構特征，制備了一種高靈敏性，穩定有序的sers活性基底，從而實現ag納米粒子之間、zno納米粒子之間、ag與zno之間的耦合作用以及多重sers增強效應。復合拉曼光子晶體微球的制備為sers活性基底的設計制備提供了一個新的研究思路，并將推動超高靈敏度sers分析技術的發展。

本發明工藝的優點是：制備方法簡單、對設備要求低、原料易得、成本較低、靈敏度高、重復性好、穩定性高、表面增強效果好等特點。制備出的三維有序的ag/zno/sio2光子晶體微球材料，形貌均一且規整。金屬、粗糙半導體和納米間隙的存在常稱為sers的“熱點”。因此當sers活性基底存在納米晶體的連接點或間隙時會產生很大的sers信號。將zno納米粒子均勻沉積在二氧化硅微球表面上時，可以構造大量“熱點”。ag納米粒子原位還原在zno/sio2光子晶體微球材料上，從而在zno/sio2光子晶體微球的原有基礎上具有更好的sers信號增強效果。

進一步地，本發明所述醋酸鋅的乙醇溶液中的醋酸鋅、氫氧化鈉的乙醇溶液中的氫氧化鈉和二氧化硅光子晶體微球的投料質量比為1∶0.5132～0.7150∶0.0400～0.0789。在該質量比的條件下，制備得到的氧化鋅均勻地負載在二氧化硅光子晶體微球上，形貌良好且有較好的拉曼增強效果。

所述醋酸鋅的乙醇溶液中醋酸鋅濃度為2.5～3.8g/l，所述氫氧化鈉的乙醇溶液中氫氧化鈉濃度為4.4～4.8g/l。該濃度范圍內，zno納米粒子能較好地修飾在二氧化硅微球上，起到很好的拉曼增強效果。

所述二氧化硅光子晶體微球的粒徑為400±50μm。該粒徑的二氧化硅光子晶體微球能夠與其他反應物恰好反應制得形貌均一且sers信號良好的復合拉曼光子晶體微球。

所述步驟1）中，恒溫水浴為55～65℃，攪拌反應為30～50min。此溫度和時間范圍內，合成出的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球形貌均一且起到較好的拉曼增強效果。

所述pvp的乙二醇溶液中pvp、agno3水溶液中agno3、nabh4水溶液中nabh4和氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球的質量比為1∶0.7101～0.7692∶0.2959～0.4396∶0.1038～0.1598。該質量比條件下制備的復合的拉曼光子晶體微球形貌均一完整且起到很強的拉曼增強效果。

所述agno3水溶液中agno3的濃度為7.2～9.6g/l，nabh4水溶液中nabh4的濃度為4～5g/l，pvp的乙二醇溶液中pvp的濃度為1.3g/l。該濃度范圍內，銀納米粒子能較好地修飾在氧化鋅包覆的二氧化硅微球上，起到很強的拉曼增強效果。

所述步驟2）中，所述恒溫水浴反應的溫度為80～95℃，攪拌18～23min后，依次加入agno3水溶液、nabh4水溶液，再攪拌55～65min。該溫度，攪拌時間范圍內，銀納米粒子能較好地修飾在氧化鋅包覆的二氧化硅微球上，起到很強的拉曼增強效果。

附圖說明

圖1為sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖。

圖2為制備的zno/sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖。

圖3為制備的復合拉曼光子晶體微球ag/zno/sio2的掃描電鏡圖。

圖4為制備的sio2光子晶體微球、zno/sio2光子晶體微球、復合拉曼光子晶體微球ag/zno/sio2檢測10^-2m4-mba的sers光譜。

圖5為復合拉曼光子晶體微球檢測不同濃度的結晶紫（cv）sers圖。

圖6為復合拉曼光子晶體微球經過紫外光降解前后檢測10^-6m結晶紫的拉曼1620cm^-1處得到的柱狀圖。

具體實施方式

下面對本發明的實驗過程進行詳細的說明，旨在使本發明的設計流程、設計目的及其創新點和優點更加明了。

一、為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行詳細地說明。

實施例1：

1、制備三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球：

在sio2光子晶體微球表面修飾-nh2：首先將煅燒后的sio2光子晶體微球浸入70%（v/v0）濃硫酸和30%的雙氧水混合溶液中過夜，使得制備的微球表面帶有羥基基團。待洗凈微球后，用氮氣流吹干，將微球置于10ml的無水乙醇和0.5ml3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）混合溶液中浸泡4h，在其表面進一步修飾氨基基團，反應后充分洗凈過剩的aptes。同樣用氮氣流吹干保存備用。

將40ml3.38g/l醋酸鋅乙醇溶液與16ml4.6g/l氫氧化鈉乙醇溶液依次倒入裝有修飾了-nh2的0.008gsio2光子晶體微球的三口燒瓶中機械攪拌，進行恒溫水浴反應。水浴溫度為60℃，機械攪拌時間為40min。制得三維有序的zno/sio2光子晶體微球。

2、制備一種復合拉曼光子晶體微球：

將20ml1.3g/lpvp乙二醇溶液加入到裝有0.0027gzno/sio2光子晶體微球的三口燒瓶中，在90℃水浴里機械攪拌20min后，依次加入2.5ml8g/lagno3水溶液，2ml4.54g/lnabh4水溶液，機械攪拌60min后，洗滌，烘干。

實施例2：

1、制備三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球：

在sio2光子晶體微球表面修飾-nh2：首先將煅燒后的sio2光子晶體微球浸入70%（v/v0）濃硫酸和30%的雙氧水混合溶液中過夜，使得制備的微球表面帶有羥基基團。待洗凈微球后，用氮氣流吹干，將微球置于10ml的無水乙醇和0.5ml3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）混合溶液中浸泡4h，在其表面進一步修飾氨基基團，反應后充分洗凈過剩的aptes。同樣用氮氣流吹干保存備用。

將40ml2.5g/l醋酸鋅乙醇溶液與16ml4.4g/l氫氧化鈉乙醇溶液依次倒入裝有修飾了-nh2的0.004gsio2光子晶體微球的三口燒瓶中機械攪拌，進行恒溫水浴反應。水浴溫度為65℃，機械攪拌時間為30min。制得三維有序的zno/sio2光子晶體微球。

2、制備一種復合拉曼光子晶體微球：

將14ml1.3g/lpvp乙二醇溶液加入到裝有0.00216gzno/sio2光子晶體微球的三口燒瓶中，在80℃水浴里機械攪拌23min后，依次加入2.5ml7.2g/lagno3水溶液，2ml4g/lnabh4水溶液，機械攪拌65min后，洗滌，烘干。

實施例3：

1、制備三維有序的氧化鋅納米粒子包覆二氧化硅光子晶體微球：

在sio2光子晶體微球表面修飾-nh2：首先將煅燒后的sio2光子晶體微球浸入70%（v/v0）濃硫酸和30%的雙氧水混合溶液中過夜，使得制備的微球表面帶有羥基基團。待洗凈微球后，用氮氣流吹干，將微球置于10ml的無水乙醇和0.5ml3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）混合溶液中浸泡4h，在其表面進一步修飾氨基基團，反應后充分洗凈過剩的aptes。同樣用氮氣流吹干保存備用。

將40ml3.8g/l醋酸鋅乙醇溶液與16ml4.8g/l氫氧化鈉乙醇溶液依次倒入裝有修飾了-nh2的0.012gsio2光子晶體微球的三口燒瓶中機械攪拌，進行恒溫水浴反應。水浴溫度為55℃，機械攪拌時間為50min。制得三維有序的zno/sio2光子晶體微球。

2、制備一種復合拉曼光子晶體微球：

將26ml1.3g/lpvp乙二醇溶液加入到裝有0.0054gzno/sio2光子晶體微球的三口燒瓶中，在95℃水浴里機械攪拌18min后，依次加入2.5ml9.6g/lagno3水溶液，2ml5g/lnabh4水溶液，機械攪拌55min后，洗滌，烘干。

二、產物特性：

由圖1的sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖可以看出：微球整體粒徑在400±50μm，微球局部以六方堆積的結構密集堆積，大小均一且排列規整。

由圖2的zno/sio2光子晶體微球的掃描電鏡圖可以看出：氧化鋅納米粒子均勻地覆載在二氧化硅球上，修飾上氧化鋅納米顆粒后微球局部仍然保持六方堆積的結構，結構規整。

由圖3的復合拉曼光子晶體微球ag/zno/sio2的sem圖可以明顯看到：銀納米粒子均勻地覆載在zno/sio2光子晶體微球上。修飾上銀納米顆粒后微球局部仍然保持六方堆積的結構，結構規整。

由圖4的復合拉曼光子晶體微球檢測10^-2m4-mba的sers圖可以看出特征峰明顯。

由圖5的復合拉曼光子晶體微球檢測結晶紫（cv）的sers圖可以看出特征峰明顯，所制備的復合拉曼光子晶體微球對cv檢測下限達到10^-13m。

由圖6的復合拉曼光子晶體微球經過紫外光降解前后檢測10^-6m結晶紫的拉曼1620cm^-1處得到的柱狀圖可以看出，所制備的復合材料可以重復使用7次。