[發明專利]利用局部表面胞質團共振LSPR的傳感器

有效

• 申請號: 201080023203.2
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN102449462A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 克里斯托夫·朗哈默爾;本特·卡塞莫;伊戈爾·索里克;埃琳·拉爾松
• 申請（專利權）人: 英斯普羅恩有限公司
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 北京乾誠五洲知識產權代理有限責任公司 11042
• 代理人: 付曉青;李廣文

技術領域

本發明涉及包括用于傳感的納粒的裝置。更具體地，本發明涉及裝置，其包括由分離層相互分隔的、支持局部表面胞質團共振的納粒以及傳感材料。進一步的，本發明涉及包括含這樣的裝置的系統。

發明背景

在納米尺度下研究過程和現象的新技術的發展是納米科學和納米技術的重要基礎。僅通過完全地了解納米尺度的過程以及納粒和納米結構的物理和材料學，伴隨合適的風險管理，納米技術解決方案可以廣泛地應用。通過“納米技術”預期的技術進步的核心是納粒和納米結構的廣泛的新的物理和化學性能。用于定義納米技術的納粒/納米結構的典型的大小范圍是一到幾百納米(nm)，確切的上限取決于所研究的性質和著眼的應用。納粒系統的這些新的激動人心的性質在新的傳感器和科學工具的開發中是有益的，以表征和了解關于納粒系統的物理和材料科學的更多知識，以及在開發用于生物技術、醫學、清潔技術、工程等等方面的應用的新技術方面是有益的。

金屬納粒的固有特征是傳導電子的集體相干振蕩——局部表面胞質團共振(LSPR)，其可以由外部光子激發。換句話說，LSPR是金屬納粒電子系統的可能的激發態，其可以被光子或者等價地通過顆粒上光入射的電磁場激發。LSPR激發是電子的內電子(集體)相互作用與納粒體積內傳導帶電子系統的空間限制組合的結果。取決于納粒的電子結構、它的幾何結構、大小和電介質環境，電子密度波以一定頻率/波長/能量形成。

作為LSPR沿著波長/頻率/能量軸(做為選擇，LSPR的光譜靈敏度也可以就峰高度、半最大值處的全峰寬度(FWHM)而言來測量，或還可作為接近LSPR頻率的光學消光或光譜透射來測量)的光譜移動量，LSPR對于納粒表面或附近發生的事件的光譜敏感性打開了使用“等離子的”納粒作為一般傳感器中的傳感器的可能性，迄今為止作為生物傳感器的應用已經被最大地利用。例如，前一句子中的“事件”有生物分子對納粒表面的吸附所誘導的周圍介質中折射率的改變。LSPR在等離子生物傳感器中這些報道的應用的大部分依靠納粒LSPR對周圍介質的介電常數的敏感性，打開了“折射率傳感”的途徑，其中利用局部的電介質環境中吸附物誘導的改變來檢測例如納粒表面上以及顆粒的納米環境中分子結合事件。在典型的納米等離子折射率感受器中，要檢測的事件直接在例如等離子活性的金納粒的表面上發生。這是由緊靠納粒表面(＜約50nm，取決于顆粒大小和材料和幾何結構)的電場的強增強作用所啟動的。在實際的傳感期間，例如，由來自溶液的分子與傳感器納粒表面的吸附或化學結合所誘導的、在納粒和周圍介質的界面處局部折射率的改變，被檢測為顆粒的光響應的改變。

此外，由于傳感器，即等離子納粒的小的尺寸，納米-LSPR傳感器打開了小型化的可能性。另一個相關的優點是小的檢測體積使得測量極其少量的被分析物成為可能。由于它們的小的尺寸，納米尺度的傳感器提供了多路化的可能性(即，制成傳感器陣列，其中每個傳感器具有不同的敏感性)。多路化的一種應用是指紋圖譜，其中在傳感器陣列中使用了具有稍有不同的敏感性的大量的傳感器。即使每個單獨的傳感器的特異性和選擇性可能是低的以及單獨地不是非常有信息性的，來自所有傳感器的組合的響應，利用模式識別，可以提供高度精確和信息性的響應。

對于在等離子折射率(生物)傳感器方面可能的用途，已經研究了許多不同的納粒形狀，包括碟形、三角形、棒狀、省略號型、線形、球形、立方體、星形、金屬薄膜上的孔洞、納米殼和核-殼顆粒、納米米粒以及納米環。

包含基于納粒的傳感結構、展現并依靠限制的光激發如LSPR的等離子折射率傳感平臺是早先已知的。

作為對等離子折射率傳感的替代，還已經顯示的是，通過使用“直接傳感”方式，人們能夠測量在原子進入等離子納粒的吸收時等離子納粒的誘導的結構(例如，大小和/或幾何結構)改變和電子結構的改變。特別地，這種方法已經展現了用于Pd納粒中氫攝取的測量。因而，在直接傳感事件期間，傳感器納粒本身受到被傳感的過程的影響/被改變。后一過程最終可能導致納粒的改變的物理性質，產生它們的光線響應即它們的LSPR的(測量的)改變。一般地，被傳感的事件誘導了納粒的測出的光激發的光譜移動和/或光譜帶寬的改變和/或光截面的改變。作為納粒的光透射和/或消光和/或吸收和/或散射和/或反射標志的顯著改變，這可以被檢測。

發明概述

本發明的目的是提供用于傳感的改進的裝置。

本發明提供了一種裝置，其解決了已知的傳感平臺的難題，同時提供了進一步的測量可能性。