一種用于表面增強拉曼檢測的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及拉曼檢測領域，尤其涉及一種使用微流控薄片的用于表面增強拉曼檢測的系統和方法。
【背景技術】
[0002]SERS (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，表面增強拉曼光譜)是一種分析檢測分子信號的手段。與RS(Raman Spectroscopy，拉曼光譜)的信號強度相比，SERS的信號強度可提高14-1O6倍。因此，SERS已廣泛應用于材料科學、表面化學、生物醫學等領域。
[0003]SERS的高增強效應主要來自于貴金屬基底(金、銀)局域表面電磁場所產生的物理增強。現有技術中已經存在利用激光燒蝕制備的貴金屬納米顆粒作為SERS增強基底進行SERS檢測的方法，以及利用電化學方法得到貴金屬納米顆粒作為SERS增強基底進行SERS檢測的方法等。對構建表面增強拉曼檢測的系統的研宄引起了業內人士極大的興趣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種用于表面增強拉曼檢測的系統和方法，在樣品量非常小的情況下實現表面增強拉曼檢測。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供一種用于表面增強拉曼檢測的系統，包括微流控薄片、用于向所述微流控薄片內注入液體的注射泵、以及用于對所述微流控薄片的液體進行拉曼信號檢測的檢測設備；其中:
[0006]所述微流控薄片包括:第一 Y型結構、第二 Y型結構和第三Y型結構，其中，所述第一 Y型結構具有第一入口、第二入口和第一出口，所述第二 Y型結構具有第三入口、第四入口和第二出口，所述第三Y型結構具有第五入口、第六入口和第三出口 ；所述第一入口、所述第二入口、所述第三入口和所述第四入口分別與所述注射泵流體連通；所述第一出口與所述第五入口流體連通，所述第二出口與所述第六入口流體連通；所述第三出口與所述微流控薄片的檢測區域流體連通；
[0007]所述注射泵包括控制器，用于控制作為第一反應物的第一液體通過所述第一 Y型結構的任一入口注入所述微流控薄片，控制作為第二反應物的第二液體通過所述第二 Y型結構的任一入口注入所述微流控薄片，并且在注入所述第一液體和所述第二液體之后，控制作為沖洗劑的第三液體和包含待檢測分子的第四液體分別通過所述第一 Y型結構的另一個入口和所述第二 Y型結構的另一個入口注入所述微流控薄片，沖洗掉在所述第一 Y型結構和所述第二Y型結構內的所述第一液體和所述第二液體的混合物；
[0008]所述檢測設備包括激光器和拉曼光譜儀，所述激光器向所述微流控薄片發射激光，催化所述第一反應物和所述第二反應物發生反應生成貴金屬，所述貴金屬在所述微流控薄片內堆積，所述拉曼光譜儀檢測所述待檢測分子在堆積的所述貴金屬的增強效果下的表面增強拉曼散射光譜。
[0009]優選的，所述第一反應物和所述第二反應物分別為硝酸銀和使所述硝酸銀發生還原反應而生成銀的還原劑，所述堆積的貴金屬為銀顆粒。
[0010]優選的，所述第三液體為水。
[0011]優選的，所述控制器還用于控制所述第一液體和所述第二液體同時注入所述微流控薄片。
[0012]優選的，所述檢測設備還包括顯微鏡，用于觀察所述微流控薄片內的貴金屬的堆積，使得所述拉曼光譜儀直接檢測在堆積的貴金屬上的所述待檢測分子的表面增強拉曼散射光譜。
[0013]本發明還提供一種用于表面增強拉曼檢測的方法，應用于如上所述的用于表面增強拉曼檢測的系統，該方法包括:
[0014]通過所述微流控薄片的所述第一 Y型結構的任一入口將作為第一反應物的第一液體注入所述微流控薄片；
[0015]通過所述微流控薄片的所述第二 Y型結構的任一入口將作為第二反應物的第二液體注入所述微流控薄片；
[0016]將作為沖洗劑的第三液體和包含待檢測分子的第四液體分別通過所述第一 Y型結構的另一入口和所述第二 Y型結構的另一入口注入所述微流控薄片，沖洗掉在所述第一Y型結構和所述第二 Y型結構內的所述第一液體和所述第二液體的混合物；
[0017]向所述微流控薄片發射激光，催化所述第一反應物和所述第二反應物發生反應生成貴金屬，所述貴金屬在所述微流控薄片內堆積；
[0018]通過拉曼光譜儀檢測所述待檢測分子在堆積的所述貴金屬的增強效果下的表面增強拉曼散射光譜。
[0019]優選的，所述第一反應物和所述第二反應物分別為硝酸銀和使所述硝酸銀發生還原反應而生成銀的還原劑，所述堆積的貴金屬為銀顆粒。
[0020]優選的，所述第三液體為水。
[0021]優選的，向所述微流控薄片內同時注入所述第一液體和所述第二液體。
[0022]優選的，該方法還包括:利用顯微鏡觀察所述微流控薄片內的貴金屬的堆積，直接檢測在堆積的貴金屬上的所述待檢測分子的表面增強拉曼散射光譜。
[0023]通過利用本發明提供的系統和方法，利用微流控薄片實現了當樣品量非常少時的表面增強拉曼檢測，而且通過微流控薄片中的三個Y型結構避免了微流控薄片內大量雜質的存在，避免了雜質對表面增強拉曼檢測效果的影響。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明所提供的用于表面增強拉曼檢測的系統的結構示意圖；
[0025]圖2為本發明所提供的微流控薄片的結構以及其制作過程；
[0026]圖3A-3E為使用微流控薄片避免雜質的使用過程；
[0027]圖4為本發明所提供的用于表面增強拉曼檢測的方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0029]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。
[0030]本發明提供一種用于表面增強拉曼檢測的系統，如圖1所示，該系統包括微流控薄片(Microfluidic Chip) 10、用于向所述微流控薄片內注入液體的注射泵20、以及用于對所述微流控薄片的液體進行拉曼信號檢測的檢測設備30。
[0031]如圖2中33所示，微流控薄片10包括:第一 Y型結構11、第二 Y型結構12和第三Y型結構13。Y型結構的特征是溝道的結構類似于英文字母“Y”，兩個入口溝道(即與入口連接的流入液體的2條溝道)之間呈銳角。其中，第一 Y型結構11包括第一入口、第二入口和第一出口，所述第二 Y型結構12具有第三入口、第四入口和第二出口，所述第三Y型結構13具有第五入口、第六入口和第三出口 ；所述第一入口、所述第二入口、所述第三入口和所述第四入口分別與所述注射泵20流體連通；所述第一出口與所述第五入口流體連通(即，所述第一 Y型結構的第一出口溝道為所述第三Y型結構的第五入口溝道)，所述第二出口與所述第六入口流體連通(即，所述第二 Y型結構的第二出口溝道為所述第三Y型結構的第六入口溝道)；所述出口與所述微流控薄片的檢測區域14流體連通。可選的，如圖2中所示，在所述第三出口與微流控薄片的檢測區域之間還包括反應區15，優選的，該反應區包括多個彎曲且溝道總體長度較大，以便使得反應區內的反應物充分混合。
[0032]參考圖2，微流控薄片10的制造過程如下。應當知曉，本文提供的示例都只是為了方便說明，而不用于將本發明限制到特定示例的目的。
[0033]根據本發明的微流控薄片10的結構，將微流控薄片的結構印在PDMS(Polydimethylsi1xane,聚二甲基娃氧燒)塑料上，這里使用的PDMS材料的長是40mm，寬是20mm，高度控制在4mm以內，保證所插管能穩定即可。假設計劃使用外徑3mm內徑Imm的硅膠管，則提前在芯片的入口和出口處打出直徑3mm的孔徑，以便向微流控薄片內注入液體和從微流控薄片向外排出液體。由于芯片的長寬小于一般的載玻片長寬(75mm長25mm寬)，故將印有溝道結構的PDMS塑料一面鍵合在載玻片上。如圖2所示，將印有溝道結構的PDMS塑料31和尺寸稍大的載玻片玻璃32鍵合在一起得到鍵合后的成品微流控薄片33。
[0034]回到圖1，注射泵20包括控制器21，用于控制作為第一反應物的第一液體通過所述第一 Y型結構的任一入口注入所述微流控薄片，控制作為第二反應物的第二液體通過所述第二 Y型結構的任一入口注入所述微流控薄片，并且在注入所述第一液體和所述第二液體之后，控制作為沖洗劑的第三液體和包含待檢測分子的第四液體分別通過所述第一 Y型結構的另一個入口和所述第二 Y型結構的另一個入口注入所述微流控薄片，沖洗掉在所述第一 Y型結構和所述第二 Y型結構內的所述第一液體和所述第二液體的混合液。
[0035]優選的，所述控制器21可以控制所述第一液體和所述第二液體同時注入所述微流控薄片。
[0036]其中，所述第一反應物和所述第二反應物例如分別為硝酸銀22和使所述硝酸銀發生還原反應而生成銀的還原劑23，所述堆積的貴金屬為銀顆粒。所述第三液體24例如為水。所述分子為任意進行SERS檢測的分子25，例如羅丹明分子。其中，還原劑23可以為弱還原劑，例如檸檬酸鈉。
[0037]該注射泵20例如為蘭格公司生產的TS-2A/L0107-2A型號。如上所述，注射泵20和微流控薄片10之間通過外徑3mm、內徑Imm的硅膠管鏈接，其他管線也可以，例如聚四氟管或者特氟龍管。
[0038]繼續參考圖1，所述檢測設備30包括激光器(未示出)和拉曼光譜儀(未示出)。所述激光器向所述微流控薄片20發射激光，催化所述第一反應物和所述第二反應物發生反應生成貴金屬，所述貴金屬在所述微流控薄片內堆積，所述拉曼光譜儀檢測所述待檢測分子在堆積的所述貴金屬的增強效果下的表面增強拉曼散射光譜。
[0039]該激光器可以根據實際需要確定。例如，可以使用長春新產業光電技術有限公司生產的MGL-1I1-532型號，532nm激光300uW，在光斑處產生銀納米還原物。本文