具体实施方式

下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。

本发明中聚乙烯吡咯烷酮溶液是指聚乙烯吡咯烷酮的水溶液；聚乙烯吡咯烷酮有多种规格，随着聚合度不同在水中的溶解能力不一样，本发明中用的是粘度级别为K15、平均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮。

本发明中按照化学上的惯例，没有特别交代溶剂的都默认是水溶液，也即除了氢氧化钠的乙醇饱和溶液外，其他溶液都是指水溶液。本发明中所用化学试剂的纯度均为分析纯。

一种金包硫化铜SERS纳米基底的制备方法，包括以下步骤：

S1、空心硫化铜纳米溶胶的合成：

S11.在去离子水中依次加入质量分数为18～22%的聚乙烯吡咯烷酮溶液、浓度为0.08～0.12mol/L的醋酸铜溶液，搅拌4.5～5.5min，得到第一混合液；

S12.将浓度为0.8～1.2mol/L的氢氧化钠溶液匀速加入第一混合液，搅拌反应1.5～2.5min；再加入浓度为0.08～0.12mol/L的抗坏血酸溶液，搅拌反应1.5～2.5min，得到氧化亚铜悬浮液；

S13.静置氧化亚铜悬浮液20～25min，再将浓度为0.04～0.06mol/L的硫化钠溶液加入氧化亚铜悬浮液，升温至85～95℃，搅拌反应1.8～2.2h，得到第二混合液；在6000～7000rpm的转速下离心第二混合液15～20min，弃去上层清液，用等体积去离子水重悬，得到空心硫化铜纳米溶胶；

空心硫化铜纳米溶胶的合成过程中：每100ml去离子水中聚乙烯吡咯烷酮溶液的加入量为0.8～1.2ml，醋酸铜溶液的加入量为400～600μL，氢氧化钠溶液的加入量为800～1000μL，抗坏血酸溶液的加入量为1.4～1.6ml，硫化钠溶液的加入量为2.3～2.7ml；

S2、玻璃片的前处理：

S21.将清洁的玻璃片放入饱和氢氧化钠乙醇溶液中浸泡，取出，用去离子水清洗，得到一次处理的玻璃片；

S22.将一次处理的玻璃片放入质量分数为0.08～0.12%的吸附剂溶液中浸泡，取出，用去离子水清洗，得到前处理的玻璃片；S3、空心硫化铜纳米粒子在玻璃片表面的吸附：将前处理的玻璃片浸泡于所述的空心硫化铜纳米溶胶中，通过静电作用吸附空心硫化铜纳米粒子，取出，用去离子水清洗玻璃片表面以去除未吸附的空心硫化铜纳米粒子，得到一次吸附的玻璃片；

S4、纳米基底的循环生长：

S41.配制一次生长所需的溶液：每3ml去离子水中加入50～70μL质量分数为0.1～0.3%的氯金酸溶液、25～35μL浓度为0.03～0.05mol/L的盐酸羟胺溶液，混合，得到一次生长所需的溶液；

S42.将一次吸附的玻璃片放入离心管中，再加入配制得到的一次生长所需的溶液，在恒温混匀仪中以1000～2000rpm的转速振荡8～12min，取出玻璃片，用去离子水清洗，完成一次生长循环；重复若干次生长循环，即得所述的金包硫化铜SERS纳米基底。

实施例1：

一种金包硫化铜SERS纳米基底的制备方法，具体包括以下步骤：

向圆底玻璃烧瓶中依次加入100mL去离子水、1mL质量分数为20%的聚乙烯吡咯烷酮溶液、500μL浓度为0.1mol/L的醋酸铜溶液，在室温下搅拌5min。然后将900μL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液匀速缓慢地加入到上述溶液中反应2min。接着加入1.5mL浓度为0.1mol/L的抗坏血酸溶液，反应2min后停止搅拌，得到氧化亚铜悬浮液。静置23min后，将2.5mL浓度为0.05mol/L的硫化钠溶液加入上述氧化亚铜悬浮液后升温至90℃搅拌反应2h。将所得产物在6600rpm的转速下离心17min，弃去上层清液，用等体积去离子水重悬，得到空心硫化铜纳米溶胶备用。

将清洁的尺寸为6mm×6mm玻璃片在饱和氢氧化钠乙醇溶液中浸泡4hr后取出，用去离子水清洗。然后在质量分数为0.1%的三甲氧基硅烷溶液中浸泡30min后取出，用去离子水清洗。在前一步骤制备得到的空心硫化铜纳米溶胶中竖直浸泡10h，通过静电作用在玻璃片上吸附空心硫化铜纳米粒子。再用去离子水清洗玻璃片表面以去除未吸附的空心硫化铜纳米粒子。

将表面吸附有空心硫化铜纳米粒子的玻璃片放入5mL离心管中，加入3mL去离子水，再向其中加入60μL质量分数为0.2%的氯金酸溶液和30μL浓度为0.04mol/L的盐酸羟胺溶液作为一次生长所需的溶液，在恒温混匀仪中以1500rpm的转速振荡10min后取出，用去离子水清洗，完成一次生长循环。重复10次生长循环后，得到金包硫化铜SERS纳米基底。基底的扫描电镜（SEM）图如图1所示。

实施例2：

一种金包硫化铜SERS纳米基底的制备方法，具体包括以下步骤：

向圆底玻璃烧瓶中依次加入100mL去离子水、1mL质量分数为20%的聚乙烯吡咯烷酮溶液、500μL浓度为0.1mol/L的醋酸铜溶液，在室温下搅拌5min。然后将900μL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液匀速缓慢地加入到上述溶液中反应2min。接着加入1.5mL浓度为0.1mol/L的抗坏血酸溶液，反应2min后停止搅拌，得到氧化亚铜悬浮液。静置23min后，将2.5mL浓度为0.05mol/L的硫化钠溶液加入上述氧化亚铜悬浮液后升温至90℃搅拌反应2h。将所得产物在6600rpm的转速下离心17min，弃去上层清液，用等体积去离子水重悬，得到空心硫化铜纳米溶胶备用。

将清洁的尺寸为6mm×6mm玻璃片在饱和氢氧化钠乙醇溶液中浸泡4hr后取出，用去离子水清洗。然后在质量分数为0.1%的吸附剂溶液中浸泡30min后取出，用去离子水清洗。在前一步骤制备得到的空心硫化铜纳米溶胶中竖直浸泡11h，通过静电作用在玻璃片上吸附空心硫化铜纳米粒子。再用去离子水清洗玻璃片表面以去除未吸附的空心硫化铜纳米粒子。

将表面吸附有空心硫化铜纳米粒子的玻璃片放入5mL离心管中，加入3mL去离子水，再向其中加入60μL质量分数为0.2%的氯金酸溶液和30μL浓度为0.04mol/L的盐酸羟胺溶液作为一次生长所需的溶液，在恒温混匀仪中以1500rpm的转速振荡10min后取出，用去离子水清洗，完成一次生长循环。重复10次生长循环后，得到金包硫化铜SERS纳米基底。

为对比不同吸附剂对硫化铜纳米粒子在玻璃片表面吸附效果的影响，在实施例2的吸附步骤中，选择三种不同的吸附剂，对比玻璃片表面的空心硫化铜纳米粒子分布情况，如图2所示。分别选择三甲氧基硅烷、聚醚酰亚胺、聚多巴胺作为吸附剂，得到的空心硫化铜纳米粒子在玻璃片表面分布的SEM图分别如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示。对比可知，在其他条件固定的情况下，选用聚醚酰亚胺作为吸附剂玻璃片表面的硫化铜纳米粒子的吸附最为致密。此外，聚醚酰亚胺的拉曼散射截面较小，不会对后续的测试造成干扰，因此在以上三种吸附剂中，聚醚酰亚胺是最优的吸附剂。

实施例3：

为研究玻璃片在空心硫化铜纳米溶胶中浸泡时间对硫化铜纳米粒子在玻璃片表面吸附效果的影响，在实施例1中，选择聚醚酰亚胺为吸附剂，并选择4种不同的浸泡时间，对比空心硫化铜纳米粒子在玻璃片表面的分布情况，如图3所示。浸泡时间分别为3h、6h、12h、24h时，空心硫化铜纳米粒子在玻璃片表面分布的SEM图分别如图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)所示。随着玻璃片在空心硫化铜纳米溶胶中浸泡时间的加长，玻璃片表面吸附的空心硫化铜纳米粒子的密度逐渐增加，且在12h后达到最大值；此后继续增加浸泡时间，一部分吸附的纳米粒子由于热运动再次游离到溶胶中，玻璃片表面吸附的空心硫化铜纳米粒子的密度反而下降。因此，玻璃片在空心硫化铜纳米溶胶中的最优浸泡时间为12h，较优的浸泡时间为6～12h。

实施例4：

为研究生长循环次数对金包硫化铜SERS纳米基底的形貌以及拉曼信号增强效果的影响，在实施例1中，依次进行1~11次生长循环，以扫描电镜（SEM）表征玻璃片表面的纳米粒子分布情况。图4是不同生长循环次数下金包硫化铜SERS纳米基底的SEM图，图4(a)-(k)依次对应1~11次生长循环得到的金包硫化铜SERS纳米基底。可以看出，由于空心硫化铜纳米粒子与金壳间存在晶格错配，金壳在空心硫化铜粒子表面呈多个岛状的形貌，随着生长循环次数增加，金壳厚度增大，粒子间间距逐步缩短。生长循环次数较少时，金壳的生长使得纳米粒子间距减小，SERS热点随生长循环次数的增长而增加，拉曼光谱信号强度逐渐增强；但金壳过度生长可导致纳米粒子表面粗糙度下降，SERS热点减少，故超过一定生长循环次数后，拉曼光谱信号强度可能不升反降。用浓度1μmol/L的4-巯基硼酸标准液对8次、9次、10次、11次生长循环得到的纳米粒子间距较小的金包硫化铜SERS纳米基底的拉曼信号增强效果进行实际测试。将基底完全浸没于1mL标准液中，1h后取出，在相同实验条件下对4种基底在400~1800cm^-1光谱范围进行拉曼信号采集，所得拉曼光谱如图5所示。实验结果表明，9次生长循环得到的金包硫化铜SERS纳米基底的拉曼信号增强效果最优。

实施例5：

为了验证本发明制备的金包硫化铜SERS纳米基底的重复性，按照实施例1~4中确定的条件制备5个批次的基底，每个批次6片。然后从每个批次中随机选取4片，用浓度1μmol/L的4-巯基硼酸标准液对得到的20片基底进行测试。将基底完全浸没于标准液中1h后取出，用同一拉曼光谱仪在相同实验条件下对20片基底在400~1800cm^-1范围内采集拉曼光谱并作图对比，如图6所示。图中每一个光谱对应一片基底，各基底的信号强度基本相同，表明该基底重现性好。

实施例6：

为验证本发明制备的金包硫化铜SERS纳米基底在近红外激光辐照下可产生显著的光热效应，分别将实施例4中8次、9次、10次、11次生长循环得到的金包硫化铜SERS纳米基底盛放于样品池中，加入250μL超纯水，然后置于808nm近红外激光下连续辐照15min，辐照面积为0.03cm²，激光功率密度为1.4W/cm²，用连接有数字温度计的热电耦探针检测记录样品池中水的温度变化。为便于比较，将另外三种材料作为对照组进行实验，包括表面清洁的玻璃片、按照实施例3中优化的吸附条件制备的表面吸附有空心硫化铜纳米粒子的玻璃片、表面覆盖有单层纳米金膜的玻璃片。上述实验所得到的温度变化数据如下表1所示，可以看出，经808nm近红外激光辐照后，所有样品池中的水温均出现上升，说明近红外激光在上述所有实验材料中均能产生一定程度的光热效应；辐照10min后，所有样品池中的水温均达到稳定值，稳定值与辐照前的初始值的差值越大，说明实验材料在近红外激光辐照下产生的光热效应越显著。对于8次、9次、10次、11次生长循环得到的金包硫化铜SERS纳米基底，差值分别为20.9℃、26.1℃、21.1℃、20.5℃；对于对照组中的三种材料，差值分别为5.4℃（玻璃片）、8.3℃（表面吸附有空心硫化铜纳米粒子的玻璃片）、10.9℃（表面覆盖有单层纳米金膜的玻璃片），可见本发明制备的金包硫化铜SERS纳米基底在近红外激光辐照下的光热效应非常显著，并且确实是由玻璃片表面的金包硫化铜纳米粒子二维团簇结构产生的。

表1 近红外激光下辐照下金包硫化铜SERS纳米基底及对照组材料光热效应数据

实施例7：

为评估本发明制备的金包硫化铜SERS纳米基底的光热富集效果，按照实施例1~4中确定的条件制备基底。首先选取4-巯基硼酸为探针分子，将实验组基底浸泡在浓度为1μmol/L的4-巯基硼酸溶液中，采用功率密度为1.4W/cm²的808nm激光辐照基底10min，对照组基底不经过激光辐照处理。选取4-巯基硼酸1072cm^-1处振动峰强度进行拉曼光谱成像测试，测试区域大小为480μm×480μm。

进一步选取与金壳表面具有静电相互作用的结晶紫为探针分子进行实验，除溶液浓度为300nmol/L、选取结晶紫1616cm^-1处振动峰强度成像外，其他实验条件与以4-巯基硼酸为探针分子时相同。

实验结果显示，在近红外激光辐照下，辐照区域的4-巯基硼酸拉曼信号强度明显高于远离辐照的区域；与对照组相比，以最高值计，实验组辐照区域的拉曼信号强度是对照组拉曼信号强度的50倍以上。在近红外激光辐照下，辐照区域的结晶紫拉曼信号强度明显高于远离辐照的区域；由于结晶紫分子与金壳间存在静电相互作用，在未经辐照处理的对照组中也检测到了一定强度的结晶紫分子拉曼信号，以最高值计，实验组辐照区域的拉曼信号强度是对照组拉曼信号强度的4倍以上。上述实验结果表明，本发明制备的金包硫化铜SERS纳米基底对于液体样品中的待测物具有良好的光热富集效果，在近红外激光辐照下产生的局域光热效应可使溶液中的目标分子被快速有效地富集到激光辐照区域。

由此可知，本发明一种金包硫化铜SERS纳米基底的制备方法，通过空心硫化铜纳米溶胶的合成、玻璃片的前处理、空心硫化铜纳米粒子在玻璃片表面的吸附、纳米基底的循环生长四个步骤，在平面玻璃表面形成金包硫化铜纳米粒子二维团簇结构，从而得到一种金包硫化铜SERS纳米基底；本发明的金包硫化铜SERS纳米基底制备方法简单，合成空心硫化铜纳米溶胶后，仅需通过简单的几步不同溶液浸泡辅以振荡、清洗等简单常规操作即可完成制备，所制备的金包硫化铜SERS纳米基底重复性好，并且具有显著的光热富集效果，通过近红外激光辐照基底10分钟就可以完成微区富集，从而大幅提高检测灵敏度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。