(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 202210555044.5 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 东南大学 地址 211102 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 王著元　杨阔　宗慎飞　崔一平　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 秦秋星 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/65(2006.01) (54)发明名称 一种泛气体光学检测芯片及制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于SERS光学信号的泛 气体检测芯片及制备方法， 利用SERS衬底的可定 制性和微流平台的集成性， 实现泛种类气体的高 灵敏、 高精度检测。 所述检测芯片包括由下至上 设置的聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底、 可定制化的 SERS检测单元和微流控通道， 所述可定制化的 SERS检测单元以有序阵列的形式分布在PDMS衬 底上。 通过对不同检测单元所测SERS光谱的协同 分析， 实现对泛种类气体的同时检测。 本发明可 实现对混合气体中的复杂组分进行快速、 高灵 敏、 高精度的检测。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114923857 A 2022.08.19 CN 114923857 A 1.一种泛气体光学检测芯片， 其特征在于， 所述检测芯片包括由下至上设置的PDMS衬 底、 可定制化的SERS检测单元和微流控通道； 所述可定制化的SERS检测单元以有序阵列的 形式分布在PDMS衬底上； 将待测气体以一定流速通入所述检测芯片中， 通过对不同检测单 元所测SERS光谱的协同分析， 实现对 泛种类气体的同时检测。 2.一种泛气体光学检测芯片的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 第一步： 使用界面自组装法制备 单层聚苯乙烯微球； 第二步： 使用胶带辅助的转移方法在基片上构建图案化的单层聚苯乙烯微球； 第三步： 使用P DMS翻模基片， 获得 带有图案化 微坑阵列的P DMS衬底； 第四步： 在P DMS的图案化 微坑阵列中沉积金属纳米粒子； 第五步： 根据待测物性质对图案化 微坑阵列进行改性， 沉积气敏 材料； 第六步： 将带有SERS检测单 元的PDMS衬底与微 流控通道键合。 3.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述金属纳米 粒子为金、 银或金 银合金粒子。 4.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述金属纳米 粒子采用Au ‑Ag‑Au纳米立方以提高SERS增强效果。 5.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述基片为表 面平整的硅片、 玻璃片或石英片。 6.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述图案化微 坑阵列具有诱 导原位气体漩涡产生的功能。 7.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述对图案化 微坑阵列进行改性包括 修饰气体吸附材 料、 修饰气敏分子和修饰拉曼报告分子 。 8.根据权利要求7所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述气敏材料 为金属有机框架化合物或碳化钛MXene， 所述气敏分子为2,4 ‑二硝基苯肼、 4 ‑硝基苯肼、 对 氨基苯硫酚、 4 ‑氨基‑3‑肼基‑5‑巯基‑1,2,4‑三氮唑或N ‑乙酰乙酰苯胺； 所述拉曼报告分子 为易于通过化学键插 入或静电吸附到纳米粒子表面的拉曼 标记物。 9.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述检测芯片 还包含预混合器以提高检测结果的均一 性和可靠性， 预混合器为 错位圆柱阵列。 10.根据权利要求2所述的泛气体光学检测芯片的制备方法， 其特征在于， 所述聚苯乙 烯微球选1 ‑5 μm的聚苯乙烯微球以促进微 坑内原位气体漩涡的产生。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114923857 A 2一种泛气体光学检测芯片及制备方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种泛气体光学检测芯片及制备方法， 属气体检测和光谱学技术领 域。 背景技术 [0002]气体检测在工业生产、 室内污染监测、 无创疾病诊断等领域发挥着不可替代的作 用。 在许多场景中， 迫切需要高精度、 高灵敏度和高吞吐量的气 体传感器。 例如， 呼吸检测用 于筛查早期肺癌时， 单种气体的意义有限。 实际上， 需要同时精确识别和量化不同的醛、 酮 和许多芳 香族化合物， 以获得 可靠的诊断结果。 [0003]最近， 随着需求的增加， 各种类型的气体传感器相继被提出和开发， 显示出优异的 检测性能。 作为代表， 电子鼻展示了快速粗略地检测气体的能力， 而光学鼻则表现出对特定 气体的超高灵敏度。 然而， 受限于单一且固定的传感机制， 现有的气 体传感器仍然 无法筛选 多种气体。 例如， 包括半导体传感器和比色阵列在内的基于化学吸 附的传感器只能对受敏 感层化学性质限制的特定气 体做出响应。 另一方面， 离子导体、 石英晶体微量 天平和表面声 波等传感器通常直接基于物理吸附进 行检测， 因此可以捕获一些化学惰性气 体。 然而， 由于 串扰， 它们缺乏同时多目标检测。 可见， 基于单一吸附机理的传感器在 泛气检测中难以做到 全面。 因此， 为了实现泛气 检测， 一个兼容不同吸附机理的传感平台是人们期待已久的必 要 条件。 [0004]此外， 为了获得高灵敏度和分子指纹级别的准确度， 合适的读出方法也是泛气体 检测的关键部 分。 近年来， 等离子传感器在 超高灵敏度气 体检测中的应用前景广阔。 在等离 子传感器中， S ERS光谱提供具有指纹精度的光谱， 有望成为复杂气体准确分析的基石。 在以 往的研究中， 通过光谱分析技术， 研究人员已经实现了有限的多变量气体检测。 然而， 现有 的基于SERS的气体传感器仍受限于固定的检测机制， 无法实现大 范围气体的同时检测。 发明内容 [0005]技术问题： 为了克服现有技术中存在的不足， 实现对泛种类气体 的快速、 高灵敏、 高精度的同时检测。 [0006]技术方案： 为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： [0007]一种泛气体光学检测芯片及制备方法， 检测芯片包括由下至上设置的聚二甲基硅 氧烷(PDMS)衬底、 可定制化的SERS检测单元和微流控通道， 所述可定制化的SERS检测单元 以有序阵列的形式分布在PDMS衬底上。 将待测气体以一定流速通入微流控芯片中， 通过对 不同检测单元所测SERS光谱的协同分析， 实现对泛种类气体的同时检测 。 具体制备方法包 括以下步骤： [0008]第一步： 使用界面自组装法制备 单层聚苯乙烯微球； [0009]第二步： 使用胶带辅助的转移方法在基片上构建图案化的单层聚苯乙烯微球； [0010]第三步： 使用P DMS翻模基片， 获得 带有图案化 微坑阵列的P DMS衬底；说　明　书 1/3 页 3 CN 114923857 A 3