基于納米錐森林結(jié)構(gòu)的表面增強拉曼散射透明器件研究

趙 倩，楊宇東，桂 博，毛海央，2，3*，李銳銳，陳大鵬，2，3

1. 中國科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心，北京 100029 2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 3. 無錫物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心有限公司，江蘇 無錫 214135

引 言

自20世紀(jì)70年代表面增強拉曼散射(SERS)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，因其具有超靈敏、無損和實時檢測等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如DNA測序、農(nóng)藥殘留測試、環(huán)境監(jiān)測等[1-3]。

目前，針對SERS的大部分研究都圍繞著非透明基底的器件展開，比如硅基SERS器件，石墨烯基SERS器件等等[4-7]。 然而，此類非透明SERS器件在應(yīng)用時，激光只能從正面入射，即試劑分子與入射激光束位于同一側(cè)。 在這種情況下，可能存在以下幾個問題： (1)當(dāng)被測試劑分子濃度較高或者體積較大時，入射激光需要穿透試劑分子層才能到達下面的金屬納米結(jié)構(gòu)表面，而試劑分子層會吸收一部分激光能量甚至完全遮擋激光穿透，所以用于激發(fā)金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離子體共振(SPR)的激光能量被減弱，相應(yīng)地，收集的SERS光譜信號也被減弱，甚至完全無法檢測到SERS光譜信號[8]。 (2)當(dāng)此類非透明SERS器件被進一步集成到微流控芯片上時，流體層以及蓋片層對入射激光以及SERS光譜信號將有進一步干擾[6]。 相比之下，如果使用透明的SERS器件，使用時，將被測試劑分子置于器件正面，拉曼激光從背面入射，此時試劑分子層、液體層、蓋片層對入射激光和散射的SERS光譜信號干擾最小。 這種情況下，只要器件的透明基底對入射激光的透過率足夠高，絕大多數(shù)入射激光就可以在金屬納米結(jié)構(gòu)表面激發(fā)SPR，而且返回電荷耦合元件(CCD)的SERS信號也只需要經(jīng)過透明基底，從而得到較好的檢測效果。……