在微全分析系统(μ-TAS)(又称为芯片实验室(Lab-on-a-chip))概念下,因为受限于光谱检测微型化和微通道里微、痕量的试样,生物芯片的微检测光谱信号弱。在“体积缩微和功能集成”的条件下,探索出新的、有效的微型检测技术,目前受到各国广泛关注但还处在探索阶段,成为阻碍生物芯片发展的“瓶颈”问题。针对此问题,本课题对拉曼光谱微检测进行研究。由于拉曼散射截面极小,通常拉曼信号在痕量检测中信号微弱,因此发展性能优异的表面增强拉曼(SERS)基底是关键。对于常规的SERS基底或SERS传感器,他们制造成本高,不可重复使用和寿命短,且拉曼光谱需要通过体积巨大的共聚焦拉曼仪采集。为满足上述微型化的要求以及克服常规SERS基底的不足,本文提出两种新方法制备适用于便携式或微型拉曼仪器的三维SERS基底,并进行光谱分析。为拉曼光谱微型化检测研究和设计,提供新的可增强拉曼信号的SERS基底技术方案。目前空间飞行器舱内的有害微生物严重威胁航天员健康和腐蚀舱内材料等。该技术可以为面向空间应用的生物危害报警系统中的光谱检测提供一定技术参考。本文主要的研究工作和取得的成果如下:(1)采用金属辅助化学刻蚀法制备了硅纳米线阵列,用绿色化学合成法制备长寿命的银纳米粒子(Ag-NPs),用简单的纳米技术将Ag-NPs负载在硅纳米线阵列上构成三维SERS基底,最后将使用过的SERS基底进行酸洗实现重复使用。主要探索将适量的银纳米粒子胶体负载在超亲水的硅纳米线阵列基底上,形成高空间“热点”密度的三维SERS基底。探究SERS基底重复使用能力、长寿命和SERS性能及机理。对Ag-NPs的电场分布进行COMSOL仿真,以及采用XRD、TEM、SEM、UV-Vis、EDS和各种SERS探针分子对SERS基底及其性能进行表征分析。最终制成增强因子(EF)约为1×10~5的SERS基底,相对标准偏差(RSD)为9.85%。该基底可重复使用10次以上,使用寿命长达70天以上。(2)在(1)中提出的方案基础上,对Ag-NPs的制备和基底清洁方式提出了进一步研究。采用金属辅助化学刻蚀和光子还原法,制备了一种由Ag-NPs原位生长直接修饰硅纳米线阵列的三维SERS基底。主要研究SERS基底的形貌和生长机理,探究在重复使用中紫外光降解SERS基底残余物的情况,并用罗丹明6G和盐酸多巴胺测试SERS基底的性能。数据表明,这种新的基底提供了近1×10~8的增强因子。实验表明,该三维SERS基底是高灵敏,足够稳定,可以重复使用。