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[关 键 词] 研究生；拉曼光谱；微流控芯片
[中图分类号] G643 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）18-0126-02
1928年，印度物理学家拉曼在研究光通过四氯化碳液体光散射情况时发现，除了与入射光频率相同的瑞利散射外，还有一种与入射光频率不同的强度非常微弱的分子特征谱线，这种散射就被称为拉曼散射。这种光的频率在散射后发生改变，而频率的变化和散射物质的特性有关，这种效应就是拉曼效应。拉曼光谱实验课是化学、材料和生物等学科的一门重要的实验课程。本科生的拉曼光谱实验课以演示为主，操作为辅。但是研究生都已经有自己的研究方向，强调动手能力，都会带着自己科研中遇到的问题来上课。强调动手能力的拉曼光谱实验课能更有针对性地对学生的科研工作提供助力。我们通过设计了便携式微流控芯片检测仪，利用此仪器对微流控芯片内样品的表面增强拉曼信号进行采集，使研究生不仅能够掌握拉曼光谱、表面增强拉曼光谱的原理，并学会微流控芯片的设计制作，同时还能够在实验过程中掌握表面增强拉曼光谱基底的制作。学生能够在光谱学、电化学等领域学到基本知识，进而应用到自己的科研活动中。
一、微流控芯片检测仪的制作
我们设计的微流控芯片检测仪主要由一个倒置光路设计的光学模块和三维电动位移台及其控制部分组成。光学模块固定在三维电动位移台上，可以实现水平方向的精确定位和竖直方向上的聚焦，光路部分包括拉曼检测光路和显微成像光路，在设计过程中我们参考了成熟的光路设计，该光路主要包括倒置显微镜成像光路和拉曼激发采集光路，两者通过光路转换器实现自动切换。物镜镜头避开了微流控芯片上方的连接通道，而且成像系统加载在3D位移平台上，可以通过软件来控制镜头上下左右的来回移动，方便快捷且实时地对微流控芯片的检测区域进行聚焦、检测。
二、银纳米点阵列的制备
1.铝片清洗抛光：首先，将1.5 cm×4.0 cm纯铝放入充入高纯氮气的马弗炉中，退火4个小时，冷却后放入恒温4℃高氯酸和乙醇混合溶液中，在电压为3V下进行一分钟电解抛光。
2.氧化：抛光后将其作为阳极放入恒温15 ℃的3.0×10-1 M的草酸溶液中，在电压40 V下进行第一次阳极氧化3小时，阴极为Ti板。氧化后置于含有重铬酸钾的6%磷酸溶液中，水浴65 ℃加热3小时，去除一次氧化形成的氧化铝膜层。去膜后再在恒温15 ℃的3.0×10-1 M的草酸溶液中，在电压40 V下进行第二次阳极氧化2 min。
3.扩孔：氧化后将含有6%PMMA的二氯甲烷旋涂在氧化层上，旋涂后放置加热板130 ℃加热固化。浸泡在含有1% CuCl2盐酸混合溶液中，去除铝层。得到去除铝层的AAO薄膜后将其漂浮在5%的H3PO4的溶液中，30 ℃水浴加热进行扩孔55 min，使得AAO薄膜孔道通畅并且孔径在60 nm左右。
4.捞膜：将其附在石英片上浸泡在丙酮溶液中去除PMMA层，使得AAO模板紧贴在石英片上。
5.制备纳米点阵列：将带有超薄AAO模板的石英片放入真空蒸镀机里进行不同厚度的银蒸镀，蒸镀后利用静电胶带去除AAO模板，在石英片上得到银纳米点阵列。
在这一过程中，学生了解了什么是表面增强拉曼光谱，即在粗糙的金、银等贵金属表面得到几百万倍的拉曼增强，以及它与普通拉曼光谱的区别。同时也学到了一定的电化学知识和如何制备纳米结构。
三、微流控芯片的制作
首先将切割好的适当尺寸大小的硅片浸泡在双氧水-硫酸混合溶液中加热进行羟基化处理，清洗吹干后在光滑一侧涂抹SU-8光刻胶；放置在旋涂机上进行旋涂，旋涂后的Su-8光刻胶厚度大约为150 cm；旋涂后放到加热平台上进行避光加热坚膜；加热后盖上Y型通道的掩膜版放置在汞灯下进行曝光，时间10 min；曝光后二次加热；加热后放置至室温浸泡在显影液中显影；清洗干净吹干后进行硅烷化处理，放置半个小时，即得到带有Su-8光刻胶芯片模板。
将制备好的Su-8光刻胶芯片模板放入大小适合的凹槽内，将PDMS单体与固化剂比例按照质量比10：1的比例混合后进行真空抽气，去除气泡后倒入凹槽内，加热固化后切割制成PDMS通道模块。
将制备好的带有通道的PDMS通道模块放到刻蚀机中利用O2等离子体进行刻蚀羟基化，同样将带有银纳米点阵列的石英玻璃片也放到刻蚀机中利用O2等离子体进行刻蚀羟基化，羟基化后，将它们贴合在一起，紧压，放置24小时后就得到了带有银纳米点阵列SERS活性基底的微流控芯片。
四、检测微流控芯片内农药福美双分子和腺嘌呤分子的混合物
为了让研究生在实验操作过程中进行具体体验，我们特意选择了两种具有代表性的分子——腺嘌呤（Adenine）和福美双分子（Thiram）进行检测。福美双分子是一种广泛用于种子和农作物的杀虫剂，而腺嘌呤分子是DNA序列中的一个碱基，在生物化学中具有重要意义。
经过对福美双和腺嘌呤的SERS光谱以及PDMS、腺嘌呤、福美双的普通拉曼光谱进行比较，我们发现PDMS的拉曼特征峰在峰位上无论是单独检测拉曼还是有银纳米点阵列存在的情况下，它的特征峰都没有发生改变，并且与福美双和腺嘌呤的主要特征峰没有相重叠。说明了具有银纳米点阵列的微流控芯片能够对福美双和腺嘌呤进行SERS检测。
在两个不同的带有银纳米点阵列的微流控芯片里分别通入了经过“Y”形通道混合后相当于5.0×10-6 M和5.0×10-7 M的福美双和腺嘌呤混合溶液，经过15 min静止沉积吸附后，进行SERS检测。从得到SERS光谱中（图1）我们可以看到PDMS的488 cm-1、613 cm-1、 708 cm-1、862 cm-1、1266 cm-1、1441cm-1等特征峰峰强基本上没有变化，而福美双分子的557 cm-1、866 cm-1、1141 cm-1、1380 cm-1、1510 cm-1等特征峰和腺嘌呤分子734 cm-1特征峰的峰高随着浓度的降低而呈现了衰减。
五、总结
通过以上实验过程，我们利用课题组搭建的微流控芯片检测仪，并辅以制备SERS基底和制备微流控芯片等实验课程，检测了自行制备的微流控芯片中的农药福美双分子和生物分子腺嘌呤。在这几个实验阶段中，研究生能够学习到如何制备银纳米点阵列SERS活性基底、如何制备PDMS-石英玻璃微流控芯片以及在最后对数据的分析过程中能够对拉曼光谱和表面增强拉曼光谱原理得到深入理解。
针对研究生的拉曼光谱实验课是与科研一线紧密结合的，在实验中需要站在研究生自身的位置考虑问题，设计实验。尽可能在保证实验过程安全的前提下，让学生快速有效地进行拉曼光谱的学习以及上机测试。重点实验过程要反复强调，安全注意事项要重点说明，操作步骤以及最后的数据分析要细致详细地加以阐述。总之，要做到以人为本，结合研究生的具体情况，有针对性地对拉曼光谱实验课进行设计，为研究生学习期间的科研工作和毕业时找工作助力，以达到研究生毕业时，到工作岗位后马上就能进入工作状态的目的。
参考文献：
[1]RAMAN，C. V.，KRISHNAN， K. S. A new type of secondary radiation[J]. Nature，1928（31）：501-502.
[2] LI，H.，CHEN，G.，ZHANG，Y.Note：Mobile micro-Raman analyzer integrated with a lab-on-a-chip[J]. Review of Scientific Instruments，2013，84（5）.
[3]陈刚.微流控芯片通道内表面增强拉曼散射（SERS）基底的制备与应用[D].吉林大学，2015：49-59.