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KR102737564B1 - Porous patterned substrate for surface enhanced raman scattering and manufacturing method therefor - Google Patents

Porous patterned substrate for surface enhanced raman scattering and manufacturing method therefor Download PDF

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KR102737564B1
KR102737564B1 KR1020220028561A KR20220028561A KR102737564B1 KR 102737564 B1 KR102737564 B1 KR 102737564B1 KR 1020220028561 A KR1020220028561 A KR 1020220028561A KR 20220028561 A KR20220028561 A KR 20220028561A KR 102737564 B1 KR102737564 B1 KR 102737564B1
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raman scattering
enhanced raman
manufacturing
plasmonic metal
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장지은
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Abstract

본 발명은 다공성의 패턴된 표면증강라만산란용 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패턴된 기판에 전처리 금속과 플라즈몬 금속을 증착시켜 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 제조하는 단계; 패턴된 플라즈몬 금속 기판 상의 플라즈몬 금속을 고분자 마이셀이 포함된 플라즈몬 금속 전구체 용액으로 전기화학 증착법을 이용하여 환원시켜 마이셀-플라즈몬 금속 박막을 제조하는 단계; 및 마이셀-플라즈몬 금속 박막이 형성된 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 유기용매로 씻어 기공을 형성하는 단계;를 포함하는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 제조 방법으로 제조한 표면증강라만산란용 기판을 제공한다.
The present invention relates to a porous patterned surface-enhanced Raman scattering substrate and a method for manufacturing the same, and more specifically, to a method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, the method including: a step of depositing a pretreatment metal and a plasmonic metal on a patterned substrate to manufacture a patterned plasmonic metal substrate; a step of reducing the plasmonic metal on the patterned plasmonic metal substrate with a plasmonic metal precursor solution containing polymer micelles by an electrochemical deposition method to manufacture a micelle-plasmonic metal thin film; and a step of washing the patterned plasmonic metal substrate on which the micelle-plasmonic metal thin film is formed with an organic solvent to form pores.
In addition, the present invention provides a substrate for surface-enhanced Raman scattering manufactured by the above-described manufacturing method.

Description

다공성의 패턴된 표면증강라만산란용 기판 및 이의 제조 방법{POROUS PATTERNED SUBSTRATE FOR SURFACE ENHANCED RAMAN SCATTERING AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}{POROUS PATTERNED SUBSTRATE FOR SURFACE ENHANCED RAMAN SCATTERING AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 다공성의 패턴된 표면증강라만산란용 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous patterned surface-enhanced Raman scattering substrate and a method for manufacturing the same.

표면 증강 라만 산란(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) 기술은 최근 높은 민감성과 검지 대상에 대한 특이성으로 인해 검지 분야에서 주목을 받고 있다. 표면증강라만산란 기술은 전자기파에 의해 여기되는 표면 플라즈몬(surface plasmon) 공명 현상에 기인하며 전자 기적 공명현상에 의해 신호의 세기가 증폭되는 원리를 이용한다. 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)이란 금속과 유전체 사이의 표면에서 금속 내 자유전자의 집단적 진동을 가리키는데, 이 표면 플라즈몬이 가시광선~근적외선 영역의 빛을 흡수하여 공명현상을 일으키는 현상을 표면 플라즈몬 공명(Surface plasmon resonance, SPR)이라고 한다. 표면증강라만산란(SERS) 활성은 플라즈몬 금속 표면에서 흡수 에너지에 의해 라만 스펙트럼의 세기를 현저히 향상시킬 수 있다. SERS 기판에 탐지하고 싶은 분석물을 떨어뜨리고 라만 분석을 수행하면, 금속 표면에서 발생하는 전자의 진동과 금속 표면 주변에 존재하는 분석물의 전기적 상호작용에 따라서 분석물 분자가 가진 고유의 라만 산란 스펙트럼을 보인다. 이러한 SERS 기반의 센서에서, 센서의 민감성과 안정성을 결정하는 가장 큰 요인은 분석물에서 발생하는 신호를 증폭시키는 역할을 하는 금속 기질로서, 나노 스케일의 금속 구조의 표면에서 일어나는 국부적인 플라즈몬 공명 현상(LSPR)은 신호의 강도와 안정성을 향상시킨다. SERS의 기질로 흔히 사용되는 것은 금 또는 은 나노 입자를 염 등을 이용하여 응집시킨 응집물로, 나노입자 사이에 다수의 핫스팟(hot-spot)을 형성하여 라만 신호를 크게 증폭시킬 수 있다.Surface-enhanced Raman scattering (SERS) technology has recently attracted attention in the field of detection due to its high sensitivity and specificity for the detection target. SERS technology is based on the principle that the intensity of the signal is amplified by the electromagnetic resonance phenomenon, which is caused by the surface plasmon resonance phenomenon excited by electromagnetic waves. Surface plasmon refers to the collective oscillation of free electrons in a metal at the surface between the metal and the dielectric, and the phenomenon in which this surface plasmon absorbs light in the visible to near-infrared range and causes a resonance phenomenon is called surface plasmon resonance (SPR). SERS activity can significantly enhance the intensity of the Raman spectrum by the absorbed energy at the plasmonic metal surface. When the analyte to be detected is dropped on the SERS substrate and Raman analysis is performed, the analyte molecule shows its own Raman scattering spectrum depending on the vibration of electrons generated on the metal surface and the electrical interaction of the analyte existing around the metal surface. In this SERS-based sensor, the biggest factor that determines the sensitivity and stability of the sensor is the metal substrate, which plays a role in amplifying the signal generated from the analyte, and the localized plasmon resonance phenomenon (LSPR) that occurs on the surface of the nano-scale metal structure improves the intensity and stability of the signal. A commonly used SERS substrate is an aggregate obtained by agglomerating gold or silver nanoparticles using a salt, etc., which can form a large number of hot spots between the nanoparticles and greatly amplify the Raman signal.

기판 표면에 거칠기와 핫스팟을 도입하기 위한 방법으로 다양한 나노조작기술을 이용하여 나노미터 수준의 기둥, 반복되는 선형의 요철 또는 나노입자 등의 나노구조물을 도입하는 방법이 이용되기도 하였다. 현재 가장 많이 사용되는 기술로는 실리콘 기반의 기판에 포토리소그래피 공정 과정을 통해 플라즈몬 패턴을 형성하는 방법이 있으나, 높은 제조 단가, 독성이 강한 에칭 용액, 고온의 공정 등의 단점으로 인해 상용화까지는 도달이 어려웠다.Various nanomanipulation techniques have been used to introduce nanostructures such as nanometer-scale columns, repetitive linear irregularities, or nanoparticles into the substrate surface to introduce roughness and hot spots. The most widely used technique at present is to form plasmon patterns on silicon-based substrates through a photolithography process. However, it has been difficult to commercialize due to disadvantages such as high manufacturing costs, highly toxic etching solutions, and high-temperature processes.

이러한 문제점을 해결하고자 유연하며 다공성 구조를 갖는 종이기판을 사용하여 이에 플라즈몬 금속을 흡착시키는 표면증강라만산란 분광용 기판 제조 기술이 소개된 바 있다. 하지만, 일반적인 종이기판은 표면 거칠기와 함께 다공성 크기가 마이크로 스케일을 가지고 있기 때문에 나노 스케일을 가지고 있는 플라즈몬 금속의 흡착에 있어서 금속 분자들의 응집 문제와 분포의 불균일성으로 분석결과의 반복 재현성이 현저히 떨어지고 기판제조 시 기판의 편차가 생기는 문제점이 있다. 그리고, 상기 종이 표면의 질감은 불규칙하게 배열된 섬유질로 인한 것으로, 그 불규칙성으로 인해 표면에 도입되는 금속 나노입자의 불균일한 분포 예컨대, 함몰부에 높은 밀도로 집적되고 돌출부에는 성기게 존재하게 되어 재현성있는 신호 검출이 어렵거나, 발생하는 신호의 위상 불일치로 인한 상쇄로 오히려 신호가 감소하기도 하였다. 그리고, 종이 기반의 플라즈몬 패턴 형성 방법은 잉크화 할 수 있는 플라즈몬 금속을 사용해야 하는 제한점이 있고 분산액의 안정성 문제뿐만 아니라 프린팅이 가능한 기판이 일반 종이에 한정되고, 수분에 의해 방해를 받지 않는 SERS 기술임에도 불구하고 종이 기판을 사용하여 수분에 의해 기판이 손상될 수 있는 등의 문제점이 있다(비특허문헌 0001).In order to solve these problems, a technology for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering spectroscopy by using a flexible and porous paper substrate to adsorb plasmonic metals has been introduced. However, since a general paper substrate has a micro-scale porosity along with surface roughness, there is a problem of aggregation of metal molecules and non-uniformity of distribution in the adsorption of plasmonic metals having nano-scales, which significantly reduces the reproducibility of analysis results and causes deviation of the substrate during substrate manufacturing. In addition, the texture of the paper surface is due to irregularly arranged fibers, and due to this irregularity, the metal nanoparticles introduced to the surface are non-uniformly distributed, for example, they are densely accumulated in recessed areas and sparsely present in protruding areas, making it difficult to detect reproducible signals, or the signals are reduced due to offset caused by phase mismatch of the generated signals. In addition, the paper-based plasmonic pattern formation method has limitations such as having to use a plasmonic metal that can be inked, problems with the stability of the dispersion, and the substrate that can be printed is limited to general paper. In addition, despite being a SERS technology that is not affected by moisture, there are problems such as the substrate being damaged by moisture by using a paper substrate (Non-patent Document 0001).

0001 : 미국 공개특허 제2012-0300203호0001: US Patent Publication No. 2012-0300203

본 발명은 다공성의 패턴된 표면증강라만산란용 기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a porous patterned surface-enhanced Raman scattering substrate and a method for manufacturing the same.

본 발명은, The present invention comprises:

패턴된 기판에 전처리 금속과 플라즈몬 금속을 증착시켜 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 제조하는 단계;A step of manufacturing a patterned plasmonic metal substrate by depositing a pretreatment metal and a plasmonic metal on a patterned substrate;

패턴된 플라즈몬 금속 기판 상의 플라즈몬 금속을 고분자 마이셀이 포함된 플라즈몬 금속 전구체 용액으로 전기화학 증착법을 이용하여 환원시켜 마이셀-플라즈몬 금속 박막을 제조하는 단계;및A step of producing a micelle-plasmonic metal thin film by reducing a plasmonic metal on a patterned plasmonic metal substrate with a plasmonic metal precursor solution containing polymer micelles using an electrochemical deposition method; and

마이셀-플라즈몬 금속 박막이 형성된 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 유기용매로 씻어 기공을 형성하는 단계;를 포함하는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법을 제공한다.A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering is provided, comprising the step of washing a patterned plasmonic metal substrate on which a micelle-plasmonic metal thin film is formed with an organic solvent to form pores.

또한, 본 발명은 상술한 제조 방법으로 제조한 표면증강라만산란용 기판을 제공한다.In addition, the present invention provides a substrate for surface-enhanced Raman scattering manufactured by the above-described manufacturing method.

본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 기판은, 나노 패턴된 플라즈몬 금속 기판 위에 균일하게 기공이 형성된(다공성) 플라즈몬 금속 박막을 형성하여 매우 높은 검출 감도와 재현성을 가지는 표면증강라만산란용 기판으로 사용될 수 있다.A substrate manufactured by the manufacturing method according to the present invention can be used as a surface-enhanced Raman scattering substrate having very high detection sensitivity and reproducibility by forming a plasmonic metal thin film with uniformly formed pores (porous) on a nano-patterned plasmonic metal substrate.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다공성의 패턴된 플라즈몬 금속 기판의 제조 방법 모식도이다.
도 2는 본 발명의 패턴된 플라즈몬 금속 기판 상에 다공성 플라즈몬 금속 박막이 형성되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 표면증강라만산란용 기판의 나노패턴 상에 형성된 다공성 금속의 핫스팟에 따른 표면증강라만산란을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 패턴된 PDMS 스탬프 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 패턴된 고분자 기판 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 패턴된 금 전극 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다공성의 패턴된 금 전극 사진이다.
도 8은 본 발명의 비교예 1의 표면 주사전자현미경 이미지이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1의 표면 주사전자현미경 이미지이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1의 단면 주사전자현미경 이미지이다.
도 11은 본 발명의 비교예 1 및 실시예 1의 로다민(rhodamine) 6G에 대한 분석 결과 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic diagram of a method for manufacturing a porous patterned plasmonic metal substrate according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the process of forming a porous plasmonic metal thin film on a patterned plasmonic metal substrate of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining surface-enhanced Raman scattering according to a hot spot of a porous metal formed on a nanopattern of a substrate for surface-enhanced Raman scattering of the present invention.
FIG. 4 is a photograph of a patterned PDMS stamp manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a photograph of a patterned polymer substrate manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a photograph of a patterned gold electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a photograph of a porous patterned gold electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a surface scanning electron microscope image of Comparative Example 1 of the present invention.
Figure 9 is a surface scanning electron microscope image of Example 1 of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional scanning electron microscope image of Example 1 of the present invention.
Figure 11 is a graph showing the analysis results for rhodamine 6G of Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 The present invention

패턴된 기판에 전처리 금속과 플라즈몬 금속을 증착시켜 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 제조하는 단계;A step of manufacturing a patterned plasmonic metal substrate by depositing a pretreatment metal and a plasmonic metal on a patterned substrate;

패턴된 플라즈몬 금속 기판 상의 플라즈몬 금속을 고분자 마이셀이 포함된 플라즈몬 금속 전구체 용액으로 전기화학 증착법을 이용하여 환원시켜 마이셀-플라즈몬 금속 박막을 제조하는 단계;및A step of producing a micelle-plasmonic metal thin film by reducing a plasmonic metal on a patterned plasmonic metal substrate with a plasmonic metal precursor solution containing polymer micelles using an electrochemical deposition method; and

마이셀-플라즈몬 금속 박막이 형성된 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 유기용매로 씻어 기공을 형성하는 단계;를 포함하는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법을 제공한다.A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering is provided, comprising the step of washing a patterned plasmonic metal substrate on which a micelle-plasmonic metal thin film is formed with an organic solvent to form pores.

상기 패턴된 기판은The above patterned substrate

포토레지스트가 코팅된 기판을 패턴된 스탬프로 누른 후 광경화하여 제조되거나,It is manufactured by pressing a substrate coated with photoresist with a patterned stamp and then photocuring it, or

또는or

실리콘웨이퍼 기판상에 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 기판 상에 패턴을 제조하는 방법이라면 어떠한 방법이라도 가능하다.It can be manufactured using a photolithography process on a silicon wafer substrate, but is not limited thereto, and any method for manufacturing a pattern on a substrate commonly used in the technical field of the present invention is possible.

상기 다공성의 패턴된 플라즈몬 금속 기판의 제조 방법을 도 1에 모식도로 나타내었다. 상기 패턴은 라인, 스퀘어, 헥사고날 모양을 비롯하여 마스크얼라이너를 사용하여 적용 가능한 패턴 모양들을 모두 포함하며, 패턴의 주기와 깊이는 각각 100 nm 내지 10 마이크로미터일 수 있다. 패턴은 일정할 수 있고, 일정하지 않을 수 있다. 이러한 패턴으로 인해 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 핫스팟이 형성될 수 있다.A method for manufacturing the above porous patterned plasmonic metal substrate is schematically illustrated in Fig. 1. The pattern includes all pattern shapes applicable using a mask aligner, including a line, a square, and a hexagonal shape, and the period and depth of the pattern can be 100 nm to 10 micrometers, respectively. The pattern can be regular or irregular. Such a pattern can form a hot spot that induces surface plasmon resonance.

상기 광경화는 UV경화일 수 있으며, 200 내지 500 W 의 세기로 30초 내지 5분간 수행될 수 있다. 광경화 이후 포스트베이킹 및 잔존하는 용매를 제거하기 위해 100 내지 200℃의 온도에서 열처리할 수 있다.The above photocuring may be UV curing, and may be performed at an intensity of 200 to 500 W for 30 seconds to 5 minutes. After photocuring, post-baking may be performed and heat treatment may be performed at a temperature of 100 to 200°C to remove any remaining solvent.

본 발명의 용어 "포토레지스트(photoresist, PR)"는 표면에 패턴화된 코팅을 형성하기 위해 포토리소그래피(노광공정), 사진 제판술 등 여러 공정에 사용되는 광반응 물질로 감광성이 있는 수지다. 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 에폭시, 실리케이트, 사이올레인 계열 등이 주로 사용된다. 본 발명에서는 에폭시 기반 소재의 포토레지스트(KAYAKU(MICROCHEM) 사의 SU-8 50)를 사용하였다.The term "photoresist (PR)" of the present invention refers to a photosensitive resin that is a photoreactive material used in various processes such as photolithography (exposure process) and photolithography to form a patterned coating on a surface. Polymethyl methacrylate (PMMA), epoxy, silicate, and thiolein series are mainly used. In the present invention, an epoxy-based photoresist (SU-8 50 from KAYAKU (MICROCHEM)) was used.

본 발명의 용어 "마이셀(micelle)"은 양친성(amphiphilic) 분자들이 균일한 크기와 모양의 응집 나노 구조체를 형성한 것을 뜻한다. 마이셀의 모양은 보통 구형(sphere)에서부터, 타원체형(ellipsoid), 원통형(cylinder), 고리형(ring), 라멜라형(lamella) 등으로 매우 다양하게 관찰되며, 통상적으로 10 - 200 nm의 크기로 존재한다.The term "micelle" of the present invention means a coherent nanostructure formed by amphiphilic molecules having a uniform size and shape. The shape of micelles is usually observed to be very diverse, ranging from spheres to ellipsoids, cylinders, rings, and lamellas, and typically exists in a size of 10 to 200 nm.

본 발명의 용어 "플라즈몬 금속(Plasmon metal)"은 표면 플라즈몬 공명(Surface plasmon resonance, SPR)현상을 일으킬 수 있는 금속을 말한다. 금속과 유전체 사이의 표면에서 금속 내 비편재화된 자유전자들의 집단적 진동을 표면 플라즈몬(surface plasmon) 이라고 하는데, 이 표면 플라즈몬이 가시광선~근적외선 영역의 빛을 흡수하여 공명현상을 일으키는 현상을 표면 플라즈몬 공명이라고 한다.The term "plasmon metal" of the present invention refers to a metal capable of causing a surface plasmon resonance (SPR) phenomenon. The collective oscillation of delocalized free electrons within a metal at the surface between the metal and the dielectric is called surface plasmon, and the phenomenon in which this surface plasmon absorbs light in the visible to near-infrared range and causes a resonance phenomenon is called surface plasmon resonance.

상기 플라즈몬 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Li, Ni, Pd, Rh, Ru 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 금속일 수 있다. 바람직하게는 Cu, Ag, Au 및 Pt를 포함하는 금속일 수 있으며, 가장 바람직하게는 Ag 및 Au를 포함하는 금속일 수 있다.The above plasmonic metal may be a metal including at least one selected from the group consisting of Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Li, Ni, Pd, Rh, Ru and Pt. Preferably, it may be a metal including Cu, Ag, Au and Pt, and most preferably, it may be a metal including Ag and Au.

상기 기공은 10nm 내지 100nm의 직경, 바람직하게는 10nm 내지 50nm, 가장 바람직하게는 10 nm 내지 40 nm의 직경을 가질 수 있다. 기공은 전구체 용액에 첨가하는 고분자 마이셀의 고분자 종류와 크기(분자량), 공용매 첨가에 의한 마이셀의 스웰링에 따라 조절될 수 있다.The above pores may have a diameter of 10 nm to 100 nm, preferably 10 nm to 50 nm, and most preferably 10 nm to 40 nm. The pores can be controlled depending on the type and size (molecular weight) of the polymer micelles added to the precursor solution, and swelling of the micelles due to addition of a cosolvent.

상기 기공이 형성된 플라즈몬 금속 박막은 10nm 내지 600nm, 바람직하게는 100 nm 내지 400 nm, 가장 바람직하게는 150 nm 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 플라즈몬 금속 박막의 두께가 10nm 미만인 경우 박막이 제대로 형성되지 못하여 플라즈몬 나노구조체로서 역할을 하지 못하는 문제가 있고, 두께가 600nm 초과인 경우 다공성 금속 박막이 뭉쳐지거나 패턴이 뭉개질 수 있으며, SRES 신호에 큰 변화가 없었으므로 더 이상의 두께는 의미가 없을 수 있다. 플라즈몬 금속 박막의 두께는 전기화학 증착 시간과 전위를 조절하여 조절될 수 있다. The plasmonic metal thin film having the above pores may have a thickness of 10 nm to 600 nm, preferably 100 nm to 400 nm, and most preferably 150 nm to 300 nm. If the thickness of the plasmonic metal thin film is less than 10 nm, the thin film may not be properly formed and may not function as a plasmonic nanostructure, and if the thickness is more than 600 nm, the porous metal thin film may clump together or the pattern may be blurred, and since there was no significant change in the SRES signal, a further thickness may not be meaningful. The thickness of the plasmonic metal thin film can be controlled by controlling the electrochemical deposition time and potential.

상기 고분자 마이셀은 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아크릴아마이드, 폴리디메틸실록산, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴엑시드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리올레핀 및 폴리스티렌-b-폴리에틸렌 옥사이드(Poly(styrene)-b-Poly(ethylene oxide), PS-b-PEO)로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리스티렌-b-폴리에틸렌 옥사이드(Poly(styrene)-b-Poly(ethylene oxide), PS-b-PEO)일 수 있으나 블록 공중합체로 구성된 양친매성 고분자라면 어떠한 것이라도 가능하다. 고분자 마이셀의 각 고분자의 분자량은 1,000 내지 400,000, 바람직하게는 1,000 내지 100,000일 수 있다. 고분자 마이셀용 고분자는, 다분산지수(PDI, polydispersity index)가 1에 가까울수록 고분자 사슬의 길이가 일정하여, 고분자 마이셀이 생성하게 되는 기공의 크기가 일정하여 균일한 핫스팟이 형성되는 등, 플라즈몬 금속 기판의 품질에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있다. The above polymer micelle may be selected from the group consisting of polystyrene, polymethyl methacrylate, polyurethane, polyacrylamide, polydimethylsiloxane, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polyethylene oxide, polyacrylate, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyphenylene oxide, polyolefin, and polystyrene-b-polyethylene oxide (PS-b-PEO), most preferably polystyrene-b-polyethylene oxide (PS-b-PEO), but any amphiphilic polymer composed of a block copolymer may be used. The molecular weight of each polymer of the polymer micelle may be 1,000 to 400,000, preferably 1,000 to 100,000. For polymer micelles, the closer the polydispersity index (PDI) is to 1, the more constant the length of the polymer chain is, and the more constant the size of the pores created by the polymer micelle is, the more uniform hot spots are formed, which can have a positive effect on the quality of the plasmonic metal substrate.

상기 플라즈몬 금속 전구체 용액은, 1 mM 내지 125 mM 농도, 바람직하게는 2 mM 내지 62.5 mM 농도, 가장 바람직하게는 3 mM 내지 32 mM 농도로 플라즈몬 금속 전구체를 포함할 수 있다. 플라즈몬 금속 전구체 용액 내의 플라즈몬 금속 전구체의 농도가 1 mM 미만이면, 환원이 거의 일어나지 않아 다공성 금속 기판 형성이 되지 않을 수 있고, 농도가 125mM 초과면 금속이 무분별하게 환원되어 비 다공성의 평평한 기판이 생성될 수 있다.The above plasmonic metal precursor solution may contain the plasmonic metal precursor at a concentration of 1 mM to 125 mM, preferably 2 mM to 62.5 mM, and most preferably 3 mM to 32 mM. If the concentration of the plasmonic metal precursor in the plasmonic metal precursor solution is less than 1 mM, reduction may hardly occur and thus a porous metal substrate may not be formed, and if the concentration exceeds 125 mM, the metal may be indiscriminately reduced, thereby generating a non-porous, flat substrate.

상기 플라즈몬 금속 전구체 용액은, 0.1 mg/ml 내지 50 mg/ml 농도, 바람직하게는 0.3 mg/ml 내지 25 mg/ml 농도, 가장 바람직하게는 0.5 mg/ml 내지 12.5 mg/ml 농도로 고분자 마이셀을 포함할 수 있다. 플라즈몬 금속 전구체 용액 내의 고분자 마이셀의 농도가 0.1 mg/ml 미만이면, 마이셀이 형성되지 않아 비 다공성의 금속 기판이 형성될 수 있으며, 농도가 50 mg/ml 초과면, 용액상에서 구형의 마이셀이 아닌 다른 형태의 마이셀을 형성할 수 있어 다공성 금속 형성을 방해할 수 있다.The above plasmonic metal precursor solution may contain polymer micelles at a concentration of 0.1 mg/ml to 50 mg/ml, preferably 0.3 mg/ml to 25 mg/ml, and most preferably 0.5 mg/ml to 12.5 mg/ml. If the concentration of the polymer micelles in the plasmonic metal precursor solution is less than 0.1 mg/ml, micelles may not be formed, thereby forming a non-porous metal substrate, and if the concentration exceeds 50 mg/ml, micelles of a shape other than spherical micelles may be formed in the solution, thereby hindering the formation of a porous metal.

상기 전기화학 증착법은, 플라즈몬 금속 기판을 작동전극, 백금 전극을 상대전극, Ag/AgCl 전극을 기준 전극으로 수행될 수 있다. 전기화학 증착은, 통상적으로 전기화학 증착법이 사용되는 전기 도금 분야에서 사용되는 시스템 (2전극 시스템)으로 수행이 가능하다. 전기화학 증착법에서 전위의 범위는 -0.2 V 내지 -0.6V, 바람직하게는 -0.3 V 내지 -0.5 V일 수 있다. 더 낮은 전위(-0.6V 미만)를 동일한 시간 동안 가하면 두께는 더 두꺼우나, 기공이 불균일하게 생성될 수 있다. 전기화학 증착법에서 증착시간은 500초 내지 5000초, 바람직하게는 1500초 내지 3000초 일 수 있다. 증착시간이 3000초를 초과하게 되면 다공성 금속 기판의 두께가 두꺼워질 수 있다. 목표하고자 하는 SERS 성능을 고려하여, 증착 조건을 변경할 수 있다.The above electrochemical deposition method can be performed using a plasmonic metal substrate as a working electrode, a platinum electrode as a counter electrode, and an Ag/AgCl electrode as a reference electrode. Electrochemical deposition can be performed with a system (two-electrode system) typically used in the electroplating field where electrochemical deposition is used. In the electrochemical deposition method, the potential range can be -0.2 V to -0.6 V, preferably -0.3 V to -0.5 V. If a lower potential (less than -0.6 V) is applied for the same time, the thickness is thicker, but pores may be created unevenly. In the electrochemical deposition method, the deposition time can be 500 seconds to 5000 seconds, preferably 1500 seconds to 3000 seconds. If the deposition time exceeds 3000 seconds, the thickness of the porous metal substrate may become thicker. The deposition conditions can be changed in consideration of the target SERS performance.

상기 전기화학 증착법은, 25 내지 45 ℃의 온도, 바람직하게는 30 내지 45 ℃ 가장 바람직하게는 35 내지 45 ℃에서 수행될 수 있다. 온도가 25 ℃미만인 경우, 전기화학 증착 과정의 반응성이 떨어져 다공성 플라즈몬 금속 기판의 증착 정도가 낮아져 균일한 다공성 플라즈몬 금속 기판이 만들어 지지 않을 수 있는 문제가 있고, 상기 전기화학 중합반응 시 온도가 45 ℃를 초과하는 경우 수용액 상에서 기판의 물성에 영향을 끼칠 수 있다The above electrochemical deposition method can be performed at a temperature of 25 to 45° C., preferably 30 to 45° C., and most preferably 35 to 45° C. When the temperature is less than 25° C., the reactivity of the electrochemical deposition process is reduced, so that the degree of deposition of the porous plasmonic metal substrate is reduced, and thus a uniform porous plasmonic metal substrate may not be created. In addition, when the temperature during the electrochemical polymerization reaction exceeds 45° C., the physical properties of the substrate may be affected in the aqueous solution phase.

상기 유기용매는, 디클로로메탄, 아세톤, 디에틸에테르, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 다이메틸설폭사이드, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, N-메틸피롤리돈 또는 클로로포름일 수 있다.The above organic solvent may be dichloromethane, acetone, diethyl ether, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone or chloroform.

본 발명의 실시예에서, 다공성의 패턴된 플라즈몬 금속 박막이 증착된 플라즈몬 금속 기판을 제조하는 방법의 모식도를 도 1에 나타내었으며, 다음과 같이 설명될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a schematic diagram of a method for manufacturing a plasmonic metal substrate on which a porous patterned plasmonic metal thin film is deposited is shown in Fig. 1 and can be explained as follows.

1. 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 제조하는 단계,1. Step of manufacturing a patterned plasmonic metal substrate;

2. 마이셀-플라즈몬 금속을 형성하는 단계,2. Step of forming micelle-plasmonic metal,

3. 플라즈몬 금속 기판 상에 마이셀-플라즈몬 금속 박막을 증착시키는 단계, 및3. A step of depositing a micelle-plasmonic metal thin film on a plasmonic metal substrate, and

4. 유기 용매로 고분자 마이셀을 제거하는 단계.4. Step of removing polymer micelles with an organic solvent.

첫 번째 단계로, 나노패턴이 형성된 실리콘(Si) 마스터 패턴기판 위에 PDMS를 붓고 경화시킨 후 떼어내어 패턴된 PDMS 스탬프를 제조한다. 그 다음, 포토레지스트를 기판위에 코팅한 후, 패턴된 PDMS 스탬프를 기판위에 놓고 압력을 가해 눌러준다. UV 파장으로 포토레지스트를 광경화 하고 열처리하여 패턴된 고분자 기판을 제조한다. 이렇게 제조된 패턴된 고분자 기판에 타이타늄(Ti)과 플라즈몬 금속을 증착시켜 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 제조한다. 두 번째 단계로, 용액 상에서 고분자와 플라즈몬 금속 화합물을 섞어 마이셀-금속이 형성된 마이셀-플라즈몬 금속 전구체 용액을 제조한다(하기 전기화학 증착법에서 전해질로서 사용됨). 고분자의 분자량과 농도가 마이셀의 크기에 영향을 주며, 이는 다공성 플라즈몬 금속 박막에서 기공의 크기와 직결된다. 세 번째 단계로, 상기 제조된 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 작동전극으로, 백금 전극을 상대전극으로, Ag/Agcl 전극을 기준전극, 상기 제조한 마이셀-플라즈몬 금속 전구체 용액을 전해질로 하는 3전극 시스템을 사용하여 마이셀-금속에 환원 전압을 가해, 패턴된 플라즈몬 금속 기판의 표면에 마이셀-플라즈몬 금속 박막을 제조한다. 환원 전위는 사용된 플라즈몬 금속에 맞추어 조절될 수 있으며, 전류를 흘려주는 시간을 조절하여 마이셀-플라즈몬 금속 박막의 두께를 조절할 수 있다. 네 번째 단계로, 유기 용매를 사용하여 마이셀-플라즈몬 금속 박막에서의 마이셀을 녹여, 제거하여 다공성의 패턴된 플라즈몬 금속 박막을 제조한다. 유기 용매에 마이셀-플라즈몬 금속 박막이 증착된 금속 기판을 충분한 시간 동안 침지시켜 마이셀을 제거해주고, 증류수 또는 고분자를 녹일 수 있는 유기 용매로 여러 번 세척하여 잔여물질을 제거해준다. 충분한 건조 과정을 거치고 난 다음 다공성 플라즈몬 금속 박막이 증착된 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 얻을 수 있다.In the first step, PDMS is poured onto a silicon (Si) master pattern substrate on which a nanopattern is formed, cured, and then removed to manufacture a patterned PDMS stamp. Next, a photoresist is coated on the substrate, and the patterned PDMS stamp is placed on the substrate and pressed down with pressure. The photoresist is photocured with UV wavelength and heat-treated to manufacture a patterned polymer substrate. Titanium (Ti) and a plasmonic metal are deposited on the patterned polymer substrate thus manufactured to manufacture a patterned plasmonic metal substrate. In the second step, a micelle-plasmonic metal precursor solution in which a polymer and a plasmonic metal compound are mixed in a solution phase to form a micelle-metal is manufactured (used as an electrolyte in the following electrochemical deposition method). The molecular weight and concentration of the polymer affect the size of the micelle, which is directly related to the size of the pores in the porous plasmonic metal thin film. In the third step, a three-electrode system using the patterned plasmonic metal substrate manufactured as a working electrode, a platinum electrode as a counter electrode, a Ag/Agcl electrode as a reference electrode, and the micelle-plasmonic metal precursor solution manufactured as an electrolyte is used to apply a reduction voltage to the micelle-metal, thereby manufacturing a micelle-plasmonic metal thin film on the surface of the patterned plasmonic metal substrate. The reduction potential can be adjusted according to the plasmonic metal used, and the thickness of the micelle-plasmonic metal thin film can be controlled by controlling the time for which the current is passed. In the fourth step, micelles in the micelle-plasmonic metal thin film are dissolved and removed using an organic solvent, thereby manufacturing a porous patterned plasmonic metal thin film. The metal substrate on which the micelle-plasmonic metal thin film is deposited is immersed in the organic solvent for a sufficient time to remove micelles, and the residue is removed by washing several times with distilled water or an organic solvent capable of dissolving a polymer. After a sufficient drying process, a patterned plasmonic metal substrate having a porous plasmonic metal thin film deposited thereon can be obtained.

상기 기판의 재질은 PET, 폴리이미드, 실리콘, 유리 또는 석영일 수 있다. 가장 바람직하게는 실리콘일 수 있으나, 플라즈몬 금속을 증착 혹은 흡착시켜 플라즈몬 금속 기판을 제조할 수 있는 재질이라면 어떠한 것이라도 가능하다.The material of the above substrate may be PET, polyimide, silicon, glass or quartz. Most preferably, it may be silicon, but any material that can be used to manufacture a plasmonic metal substrate by depositing or adsorbing a plasmonic metal may be used.

상기 전처리 금속은 Ti 및 Cr 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 금속일 수 있다.The above pretreatment metal may be a metal including at least one selected from the group consisting of Ti and Cr.

상기 패턴은 일정하거나 일정하지 않을 수 있다. 패턴이 일정할수록 광학적 특성이 높아질 수 있다.The above pattern may or may not be constant. The more constant the pattern, the higher the optical properties may be.

상기 방법으로 제조된 표면증강라만산란용 기판의 모식도를 도 3에 나타내었다. 나노패턴위에 다공성 플라즈몬 금속 박막이 형성되어, 핫스팟이 형성된 모습을 나타내었다.A schematic diagram of a surface-enhanced Raman scattering substrate manufactured by the above method is shown in Fig. 3. A porous plasmonic metal thin film was formed on the nanopattern, showing the formation of a hot spot.

본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 표면증강라만산란용 기판을 제공한다.The present invention provides a substrate for surface-enhanced Raman scattering manufactured by a method according to the present invention.

상기 기판은 10nm 내지 100nm의 직경, 바람직하게는 10nm 내지 50nm, 가장 바람직하게는 10 nm 내지 40 nm의 직경의 기공을 가질 수 있다. The substrate may have pores having a diameter of from 10 nm to 100 nm, preferably from 10 nm to 50 nm, and most preferably from 10 nm to 40 nm.

상기 기판은 10nm 내지 600nm, 바람직하게는 100 nm 내지 400 nm, 가장 바람직하게는 150 nm 내지 300 nm의 두께의 플라즈몬 금속 박막을 가질 수 있다. 플라즈몬 금속 박막의 두께가 10nm 미만인 경우 박막이 제대로 형성되지 못하여 플라즈몬 나노구조체로서 역할을 하지 못하는 문제가 있고, 두께가 600nm 초과인 경우 다공성 금속 박막이 뭉쳐지거나 패턴이 뭉개질 수 있으며, SRES 신호에 큰 변화가 없었으므로 더 이상의 두께는 의미가 없을 수 있다.The above substrate may have a plasmonic metal thin film having a thickness of 10 nm to 600 nm, preferably 100 nm to 400 nm, and most preferably 150 nm to 300 nm. If the thickness of the plasmonic metal thin film is less than 10 nm, there is a problem that the thin film is not properly formed and thus cannot function as a plasmonic nanostructure, and if the thickness exceeds 600 nm, the porous metal thin film may clump together or the pattern may become blurred, and since there was no significant change in the SRES signal, a further thickness may not be meaningful.

이하, 본 발명을 하기 실험예 및/또는 제조예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실험예 및/또는 제조예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실험예 및/또는 제조예에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 실험예 및/또는 제조예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 목적일 뿐이므로, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following experimental examples and/or manufacturing examples. However, the following experimental examples and/or manufacturing examples are only intended to illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following experimental examples and/or manufacturing examples. In addition, since these experimental examples and/or manufacturing examples are only intended to aid understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited by them in any sense.

<제조예 1> 기공이 형성된(다공성의) 패턴된 플라즈몬 금속 기판 제조<Manufacturing Example 1> Manufacturing of a patterned plasmonic metal substrate with pores (porous)

PDMS 베이스와 경화제를 20:3 비율로 섞고 발생된 기포는 데시케이터 안에 넣어 제거한다. 그 후 나노 패턴이 형성된 실리콘(Si) 마스터 패턴기판 위에 PDMS를 붓고 90도의 오븐에 2시간 동안 넣어 패턴된 PDMS 스탬프를 제조하고 떼어낸다. 이 때 만들어진 패턴된 PDMS 스탬프는 여러 번 사용할 수 있어, 기판 제작의 효율성을 높여준다.PDMS base and curing agent are mixed in a ratio of 20:3 and the generated air bubbles are removed by placing them in a desiccator. Then, PDMS is poured on a silicon (Si) master pattern substrate on which nano patterns have been formed and placed in an oven at 90 degrees for 2 hours to manufacture a patterned PDMS stamp and then removed. The patterned PDMS stamp produced at this time can be used multiple times, which increases the efficiency of substrate production.

패턴된 고분자 기판은 나노임프린트 패터닝 (Nanoimprint patterning) 방법을 통해 제조되었다. 포토레지스트 (PR)를 기판위에 스핀 코팅한 후, PDMS 스탬프를 위에 놓고 압력을 가해 눌러 PR에 스탬프가 완전히 밀착하도록 한다. UV 파장의 빛으로 PR을 광경화시키고 열처리를 통해 잔존하는 용매를 제거하여 패턴된 고분자 기판을 제조하였다. PR의 스핀코팅은 500rpm으로 10초, 2000rpm으로 30초 코팅한다. 비교적 가격이 저렴한 유리 기판의 경우 경화된 PR과의 접착 특성이 좋지 않아 경화된 PR 박막의 두께가 불균일하고 경화 후 박막이 유리로부터 잘 떨어지는 현상이 발생하여 실리콘 기판을 이용하여 제조하였다.The patterned polymer substrate was fabricated by the nanoimprint patterning method. After spin-coating photoresist (PR) on the substrate, a PDMS stamp was placed on top and pressure was applied so that the stamp completely adhered to the PR. The PR was photocured with UV light and the remaining solvent was removed through heat treatment to fabricate the patterned polymer substrate. The PR was spin-coated at 500 rpm for 10 seconds and at 2000 rpm for 30 seconds. In the case of a relatively inexpensive glass substrate, the adhesion properties with the cured PR were poor, so the thickness of the cured PR thin film was uneven and the thin film easily peeled off from the glass after curing. Therefore, a silicon substrate was used for the fabrication.

패턴된 고분자 기판위에 열 증발기(thermal evaporator)를 이용하여 타이타늄 (Ti) 과 금 (Au)을 각각 30 nm와 80 nm 증착시켜 패턴된 금 전극을 얻었다. 타이타늄은 금 박막과 포토레지스트 간의 접착성을 높이기 위해 필수적이다. 이 패턴된 금 전극은 PDMS 패턴에 따라 큰 면적으로 제조할 수 있고, 패턴이 매우 균일하게 분포하는 우수한 특성을 보였다. 상기 방법으로 제조된 패턴된 금 전극은 추후 고분자 마이셀을 이용한 다공성 금속 박막의 전기화학적 증착법을 위한 전극으로 사용되었다.Patterned gold electrodes were obtained by depositing titanium (Ti) and gold (Au) to a thickness of 30 nm and 80 nm, respectively, on a patterned polymer substrate using a thermal evaporator. Titanium is essential for enhancing the adhesion between the gold film and the photoresist. The patterned gold electrodes could be manufactured in a large area according to the PDMS pattern, and exhibited excellent characteristics in that the pattern was distributed very uniformly. The patterned gold electrodes manufactured by the above method were later used as electrodes for the electrochemical deposition of porous metal films using polymer micelles.

상기 패턴된 금 전극을 작동전극, 백금 전극을 상대전극, Ag/AgCl 전극을 기준 전극, HAuCl4과 Poly(styrene)-b-Poly(ethylene oxide) (PS 분자량: 18000. PEO 분자량: 7500, PS-b-PEO)를 섞어 만든 플라즈몬 금속 전구체 용액을 전해질로 하는 3전극 시스템을 사용하여 시간대전류법으로 일정한 전압을 가해 금속을 환원 시켜 기공이 형성된 금 박막을 제조한다. 상기 전해질을 만들기 위해서 10ml 바이알에 10mg의 PS-b-PEO과 THF 3ml를 넣고 40도 이상의 워터배스에서 녹인다. PS-b-PEO가 모두 녹으면, 에탄올 1.5ml, 40mM의 HAuCl4수용액 1ml와 3차 증류수 2.5ml를 순서대로 넣고 약 30분 동안 추가 교반한다. 이렇게 제조된 전해질 용액에서 PS-b-PEO는 총 전해질 용액 대비 1.25 mg/ml의 농도, HAuCl4는 5mM 의 농도로 존재한다. 전기화학 증착법을 통해 일정한 환원 전압 (-0.5 V vs. Ag/AgCl)을 1000초 동안 인가하여 작동전극인 금 전극의 금 이온을, 전해질 용액 내의 PS-b-PEO-HAuCl4으로 환원시켜 마이셀-금 박막을 제조한 다음, 유기 용매로 세척하여 PS-b-PEO 마이셀을 제거하여 다공성의 패턴된 금 전극(실시예 1)을 제조하였다. 도 4 내지 7은 순서대로 상기 제조 방법상에서 제조된 패턴된 고분자 필름, 패턴된 금 전극 및 다공성의 패턴된 금 전극 사진을 나타낸다.A three-electrode system is used, in which the patterned gold electrode serves as the working electrode, the platinum electrode serves as the counter electrode, the Ag/AgCl electrode serves as the reference electrode, and a plasmonic metal precursor solution made by mixing HAuCl 4 and Poly(styrene)-b-Poly(ethylene oxide) (PS molecular weight: 18,000. PEO molecular weight: 7,500, PS-b-PEO) as the electrolyte, to apply a constant voltage by the chronoamperometric method to reduce the metal and manufacture a gold thin film with pores. To manufacture the electrolyte, add 10 mg of PS-b-PEO and 3 ml of THF to a 10 ml vial and dissolve in a water bath having a temperature of 40 degrees Celsius or higher. When the PS-b-PEO is completely dissolved, add 1.5 ml of ethanol, 1 ml of a 40 mM HAuCl 4 aqueous solution, and 2.5 ml of triple-distilled water in that order, and stir for approximately 30 minutes. In the electrolyte solution manufactured in this way, PS-b-PEO is present at a concentration of 1.25 mg/mL based on the total electrolyte solution, and HAuCl 4 is present at a concentration of 5 mM. By applying a constant reduction voltage (-0.5 V vs. Ag/AgCl) for 1000 s through an electrochemical deposition method, gold ions of the working electrode, the gold electrode, were reduced to PS-b-PEO-HAuCl 4 in the electrolyte solution to manufacture a micelle-gold thin film, which was then washed with an organic solvent to remove the PS-b-PEO micelles, thereby manufacturing a porous patterned gold electrode (Example 1). FIGS. 4 to 7 show photographs of a patterned polymer film, a patterned gold electrode, and a porous patterned gold electrode manufactured by the above-mentioned manufacturing method, respectively.

<제조예 2> 패턴이 없는 다공성 금 전극 제조<Manufacturing Example 2> Manufacturing of a porous gold electrode without a pattern

상기 제조예 1에서, 패턴된 고분자 기판을, 패턴이 없는 실리콘 기판으로 변경하는 것을 제외한 나머지 방법은 동일하게 패턴이 없는 다공성 금 전극(비교예 1)을 제조하였다. 다공성 금 박막의 두께를 최대한 일치시키기 위해서 패턴된 금 전극에서보다 패턴이 없는 금 전극에서 전압 인가 시간을 더 짧게 하였다.In the above Manufacturing Example 1, a pattern-free porous gold electrode (Comparative Example 1) was manufactured in the same manner as in the previous Manufacturing Example 1 except that the patterned polymer substrate was changed to an unpatterned silicon substrate. In order to match the thickness of the porous gold thin film as much as possible, the voltage application time was made shorter in the unpatterned gold electrode than in the patterned gold electrode.

<실험예 1> 금 나노입자가 흡착된 금 전극의 표면 특성 평가<Experimental Example 1> Evaluation of surface properties of gold electrodes with gold nanoparticles adsorbed

상기 비교예 1 및 실시예 1 의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 촬영 및 일반 촬영하였다.The surfaces of Comparative Example 1 and Example 1 were photographed using a scanning electron microscope (SEM) and a normal microscope.

도 8은 비교예 1 및 도 9는 실시예 1의 표면 SEM 촬영 사진이다. 도 8과 비교해보면, 도 9에는 요철 패턴이 존재함을 확인할 수 있고, 이러한 패턴으로 인해 핫스팟이 형성된다. 도 10은 실시예 1의 단면 SEM 촬영 사진이다. 표면에서 확인하였던 패턴이 존재함을 확인할 수 있다.Fig. 8 is a surface SEM photograph of Comparative Example 1, and Fig. 9 is a surface SEM photograph of Example 1. Compared to Fig. 8, it can be confirmed that a rough pattern exists in Fig. 9, and a hot spot is formed due to this pattern. Fig. 10 is a cross-sectional SEM photograph of Example 1. It can be confirmed that the pattern confirmed on the surface exists.

<실험예 2><Experimental Example 2> 다공성의 패턴된 또는 패턴이 없는 금 전극의 표면증강라만산란 신호 분석 결과Surface-enhanced Raman scattering signal analysis results of patterned or unpatterned porous gold electrodes

로다민 6G를 10μM 농도로 에탄올에 분산시킨 용액을 제조하여, 상기 과정을 통해 얻어진 비교예 1 및 실시예 1 표면 위에 떨어뜨리고 건조하여 샘플링하였다. 이후 532nm레이저와 라만 분석기를 통해 표면증강라만산란 신호를 측정한 결과를 도 11에 나타내었다. 그래프 상에서, 실시예 1의 피크의 강도가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있어, 패턴의 존재가 핫스팟을 형성하여 검출 감도를 높여줄 수 있다는 것을 보여준다.A solution was prepared by dispersing rhodamine 6G in ethanol at a concentration of 10 μM, and the solution was dropped on the surfaces of Comparative Example 1 and Example 1 obtained through the above process, dried, and sampled. The surface-enhanced Raman scattering signal was then measured using a 532 nm laser and a Raman analyzer, and the results are shown in Fig. 11. From the graph, it can be confirmed that the intensity of the peak of Example 1 is greater, demonstrating that the presence of a pattern can form a hot spot and increase the detection sensitivity.

Claims (16)

패턴된 기판에 전처리 금속과 플라즈몬 금속을 증착시켜 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 제조하는 단계;
패턴된 플라즈몬 금속 기판 상의 플라즈몬 금속을 고분자 마이셀이 포함된 플라즈몬 금속 전구체 용액으로 전기화학 증착법을 이용하여 환원시켜 마이셀-플라즈몬 금속 박막을 제조하는 단계;및
마이셀-플라즈몬 금속 박막이 형성된 패턴된 플라즈몬 금속 기판을 유기용매로 씻어 기공을 형성하는 단계;를 포함하는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
A step of manufacturing a patterned plasmonic metal substrate by depositing a pretreatment metal and a plasmonic metal on a patterned substrate;
A step of producing a micelle-plasmonic metal thin film by reducing a plasmonic metal on a patterned plasmonic metal substrate with a plasmonic metal precursor solution containing polymer micelles using an electrochemical deposition method; and
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, comprising the step of washing a patterned plasmonic metal substrate on which a micelle-plasmonic metal thin film is formed with an organic solvent to form pores.
제 1 항에 있어서,
상기 패턴된 기판은
포토레지스트가 코팅된 기판을 패턴된 스탬프로 누른 후 광경화하여 제조되거나,
또는
실리콘웨이퍼 기판상에 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조되는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
The above patterned substrate
It is manufactured by pressing a substrate coated with photoresist with a patterned stamp and then photocuring it, or
or
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering using a photolithography process on a silicon wafer substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈몬 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Li, Ni, Pd, Rh, Ru 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 금속인 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the plasmonic metal is a metal including at least one selected from the group consisting of Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Li, Ni, Pd, Rh, Ru, and Pt.
제 1 항에 있어서,
상기 기공은 10nm 내지 100nm의 직경을 가지는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the pores have a diameter of 10 nm to 100 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈몬 금속 박막은 10nm 내지 600nm의 두께를 가지는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the above plasmonic metal thin film has a thickness of 10 nm to 600 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 마이셀은 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아크릴아마이드, 폴리디메틸실록산, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴엑시드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리올레핀 및 폴리스티렌-b-폴리에틸렌 옥사이드(Poly(styrene)-b-Poly(ethylene oxide), PS-b-PEO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the polymer micelle is selected from the group consisting of polystyrene, polymethyl methacrylate, polyurethane, polyacrylamide, polydimethylsiloxane, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyphenylene oxide, polyolefin, and polystyrene-b-polyethylene oxide (PS-b-PEO).
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈몬 금속 전구체 용액은, 1 mM 내지 125 mM 농도로 플라즈몬 금속 전구체를 포함하는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
The above plasmonic metal precursor solution is a method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the plasmonic metal precursor is contained in a concentration of 1 mM to 125 mM.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈몬 금속 전구체 용액은, 0.1 mg/ml 내지 50 mg/ml 농도로 고분자 마이셀을 포함하는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for producing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the above plasmonic metal precursor solution comprises polymer micelles at a concentration of 0.1 mg/ml to 50 mg/ml.
제 1 항에 있어서,
상기 전기화학 증착법은, 25 내지 45 ℃의 온도에서 수행되는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
The above electrochemical deposition method is a method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, which is performed at a temperature of 25 to 45°C.
제 1 항에 있어서,
상기 유기용매는, 디클로로메탄, 아세톤, 디에틸에테르, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 다이메틸설폭사이드, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, N-메틸피롤리돈 또는 클로로포름인 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for producing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the organic solvent is dichloromethane, acetone, diethyl ether, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone or chloroform.
제 1 항에 있어서,
상기 기판의 재질은 PET, 폴리이미드, 실리콘, 유리 또는 석영인 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the material of the substrate is PET, polyimide, silicon, glass or quartz.
제 1 항에 있어서,
상기 전처리 금속은 Ti 및 Cr 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 금속인 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the above pretreatment metal comprises at least one metal selected from the group consisting of Ti and Cr.
제 1 항에 있어서,
상기 패턴은 일정하거나 일정하지 않을 수 있는 표면증강라만산란용 기판의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, wherein the above pattern may or may not be constant.
제 1 항에 따른 방법으로 제조된 표면증강라만산란용 기판.A substrate for surface-enhanced Raman scattering manufactured by the method according to claim 1. 제 14 항에 있어서,
상기 기판은 직경 10nm 내지 100nm의 기공을 가지는 표면증강라만산란용 기판.
In Article 14,
The above substrate is a surface-enhanced Raman scattering substrate having pores with a diameter of 10 nm to 100 nm.
제 14 항에 있어서,
상기 기판은 10nm 내지 600nm의 두께의 플라즈몬 금속 박막을 가지는 표면증강라만산란용 기판.

In Article 14,
The above substrate is a surface-enhanced Raman scattering substrate having a plasmonic metal thin film with a thickness of 10 nm to 600 nm.

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