[發明專利]化學傳感裝置

在審

• 申請號: 201710888394.2
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN107655860A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 周樟林;李志勇;史蒂文·J·巴爾塞洛
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/64;G01N21/65;B82Y15/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司11018
• 代理人: 張燕,王珍仙

本申請是申請日為2013年1月25日，申請號為201380071302.1，發明名稱為“化學傳感裝置”的發明專利申請的分案申請。

背景技術

用于進行分子分析的體系可以包括使用表面增強拉曼光譜(SERS)、增強熒光、增強發光和等離子體傳感等。具體到SERS，拉曼光譜是用在凝聚態物理和化學中來研究分子體系中的各種低頻模式的光譜技術。更詳細地說，在拉曼光譜中，特定波長范圍的大致單色光束通過分子樣品并發出散射光光譜。從分子發出的波長的光譜被稱為“拉曼光譜”，所發射的光被稱為“拉曼散射光”。拉曼光譜可以揭示分子的電子的、振動的和轉動的能量水平。不同的分子產生不同的拉曼光譜，它們可以像指紋一樣用于識別分子，甚至確定分子的結構。使用這種和其它傳感技術，在這樣的裝置中增強裝置靈敏度、簡化傳感器、提供額外的柔性等是期望的。

發明內容

拉曼光譜可被用來研究當光子與分子相互作用時分子能量狀態之間的躍遷，這導致散射光子的能量被轉移。分子的拉曼散射可以被看作兩個過程。處于某個能量狀態的分子首先被入射光子激發至另一個(虛擬或實際的)能量狀態，其通常處于光學頻域中。激發的分子隨后作為偶極源在它處于與激發光子相比可能相對低(即斯托克斯散射)或可能相對高(即反斯托克斯散射)的頻率下的環境的影響下輻射。不同分子或物質的拉曼光譜具有可被用來鑒定種類的特征峰。因此，拉曼光譜是用于多種化學或生物傳感應用的有用技術。然而，固有拉曼散射過程非常低效，且粗糙的金屬表面、各種類型的納米天線以及波導結構已被用來增強拉曼散射過程(即上文所述的激發和/或輻射過程)。

由吸附在結構化金屬表面上或結構化金屬表面的幾個納米之內的化合物(或離子)所產生的拉曼散射光可以比由溶液中或在氣相中相同的化合物所產生的拉曼散射光強100倍以上。分析化合物的這一過程被稱為表面增強拉曼光譜(“SERS”)。近年來，SERS已經成為用于研究分子結構以及表征界面和薄膜體系的常規和強大的工具，甚至使單分子檢測成為可能。工程師、物理學家和化學家不斷尋求用于進行SERS的系統和方法的改善。

大多數的SERS體系僅在某些熱點增強電-磁場。雖然這可能是期望的，但是在許多情況下，例如通過簡單的吸附使分析物均勻地散布在SERS基板上。然而，只有一小部分的分析物實際成為熱點。

根據這點，已經認識到，開發基于一類新的結構的化學傳感裝置是有利的。這些結構可特別地用于表面增強拉曼光譜(SERS)，但是也可用于其它傳感技術。具體地，本發明裝置可以含有多個固定至基板的具有自由端的細長納米結構，所述自由端具有金屬涂層或金屬帽，其中所述納米結構涂覆有金屬氧化物涂層。本發明納米結構可以彎曲并捕獲分子，然后可以使用SERS技術感測所述分子。另外，在一些具體實例中，本發明納米結構可包括連接至所述金屬氧化物涂層的官能團(例如含有官能團的配體)，所述金屬氧化物涂層是涂布至所述金屬涂層或金屬帽上的，由此提供先前未達到的額外的選擇性和靈敏度。

注意到在討論化學傳感裝置、穩定納米結構的方法或制造化學傳感裝置的方法時，這些討論中的每一個可以被認為可用于其它實施方式，無論那個實施方式的上下文中是否明確地討論它們。因此，例如，在討論用于化學傳感裝置的官能團時，這樣的官能團也可以用于制造化學裝置的方法，反之亦然。

因此，化學傳感裝置可以包括：基板；細長納米結構，所述細長納米結構具有連接端和與所述連接端相對的自由端，所述連接端被固定至所述基板并且所述自由端包括金屬；涂布至所述細長納米結構的金屬氧化物涂層；以及經由共價鍵連接至所述涂層的官能團。