基于納米結(jié)構(gòu)檢測裝置的檢測網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于監(jiān)控有害物質(zhì)的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括探針組件，每個組件包括一檢測器，該檢測器包括納米結(jié)構(gòu)表面或溶液中的納米顆粒，被設(shè)置用來吸附由鄰近檢測器捕獲的樣品物質(zhì)的分子；一激光器，發(fā)射一激光束以照亮吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子；一光譜儀，根據(jù)納米結(jié)構(gòu)表面吸附的分子的散射光生成光譜數(shù)據(jù)；以及一ID閱讀器，能夠檢索有關(guān)樣品材料的鑒別信息。一監(jiān)控中心，能夠確定與存儲在數(shù)據(jù)庫中的光譜信號相匹配的光譜信號，并鑒別樣品材料中的有害物質(zhì)。一警報響應(yīng)系統(tǒng)，能夠在樣品材料中的有害物質(zhì)被鑒別時，發(fā)送出有關(guān)樣品材料的警報信號。
【專利說明】基于納米結(jié)構(gòu)檢測裝置的檢測網(wǎng)絡(luò)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是共同轉(zhuǎn)讓的未決美國第12/502,903號專利申請的一個部分延續(xù)申請(CIP)并要求其優(yōu)先權(quán)，未決美國第12/502，903號專利申請的名稱為“用于表面增強(qiáng)型拉曼散射的納米結(jié)構(gòu)檢測裝置”，申請日為2009年7月14日。未決美國第12/502，903號專利申請要求美國第12/262,667號專利申請的優(yōu)先權(quán)，美國第12/262,667號專利申請的名稱為“用于表面增強(qiáng)型拉曼散射的納米結(jié)構(gòu)陣列”，申請日為2008年10月31日。美國第12/262，667號專利申請要求申請日為2006年11月21日的美國第11/562，409號專利申請(已授權(quán)為美國第7，460，224號專利)的優(yōu)先權(quán)。美國第11/562,409號專利申請進(jìn)一步要求申請日為2005年12月19日的美國第60/751，472號臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。本申請是共同轉(zhuǎn)讓的未決美國第12/625,970號專利申請的一個部分延續(xù)申請(CIP)并要求其優(yōu)先權(quán)，美國第12/625，970號專利申請的名稱為“光譜檢測化學(xué)及生物基質(zhì)”，申請日為2009年11月25日。美國第12/625,970號專利申請要求共同轉(zhuǎn)讓的美國第12/403，522號專利申請的優(yōu)先權(quán)，美國第12/403，522號專利申請的名稱為“用于檢測化學(xué)及生物物質(zhì)的系統(tǒng)和方法”，申請日為2009年3月13日。本申請也要求共同轉(zhuǎn)讓的未決美國第12/643,689號專利申請的優(yōu)先權(quán)，美國第12/643,689號專利申請的名稱為“用基于納米結(jié)構(gòu)的光譜檢測方法檢測化學(xué)物和生化物雜質(zhì)”，申請日為2009年12月21日。上述專利申請的內(nèi)容通過引用被包含于本申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及利用納米結(jié)構(gòu)檢測器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測及追溯有害物質(zhì)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]拉曼散射是光子的發(fā)生或湮沒光學(xué)聲子的非彈性散射。拉曼散射是入射光子與化學(xué)分子振動(聲子)相互作用的結(jié)果。特定的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其特定的拉曼散射光譜。因此，拉曼散射提供關(guān)于化學(xué)物質(zhì)分子的光譜指紋細(xì)節(jié)，并且還可用于將分子異構(gòu)體乃至手性分子彼此進(jìn)行區(qū)分。
[0005]在1960年代晚期發(fā)明激光之后，可商業(yè)地使用于拉曼光譜。窄線寬激光束被用于照射固體、液體或氣體形態(tài)中的測試化學(xué)物質(zhì)。窄線寬激光束能夠消除來自具有各種波長的光子的散射峰的重疊。散射光被諸如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)檢測器的光子檢測器采集，拉曼光譜被采集。拉曼頻移定義為在散射光波長和入射光波長(激光波長)之間的波長間距。峰的位置對應(yīng)于具有相對振動強(qiáng)度的各分子鍵的振動模，因而提供了分子的光譜指紋。
[0006]盡管拉曼散射是極有用的分析工具，但它的一個主要局限是:由于分子的散射截面非常小，散射信號非常微弱。典型地，在化學(xué)物質(zhì)上只有大約入射光子的10_8會經(jīng)歷拉曼散射。當(dāng)然，可使用高能量的激光和高靈敏度的CCD檢測器以改進(jìn)散射信號，但帶來的是額外的開銷、附加的硬件以及意想不到的采樣損失。由于散射信號微弱，具有相對寬泛應(yīng)用潛力的常規(guī)拉曼散射，其實際應(yīng)用仍然非常有限。
[0007]通過使用粗糙表面的表面增強(qiáng)效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)可以增強(qiáng)拉曼散射信號。在表面增強(qiáng)拉曼散射光譜(SERS)中，樣品表面可通過金屬顆?；蛄Ｗ哟氐某练e來形成。表面增強(qiáng)的拉曼散射現(xiàn)象可通過在具有局域化電磁場增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)的光子之間的相互作用來解釋。在不同的研究團(tuán)體中觀察到了 SERS的增強(qiáng)。Intel團(tuán)隊使用具有在表面上涂敷諸如銀的貴金屬的涂層的多孔硅結(jié)構(gòu)。Intel團(tuán)隊證明了增強(qiáng)隨多孔硅尺寸的減小而增加。包括Intel的工作的所有試驗可由其他團(tuán)隊重復(fù)，但是很難可重復(fù)地證明相同的增強(qiáng)水平。
[0008]因此，需要在低成本下開發(fā)良好控制的納米表面結(jié)構(gòu)，以便實現(xiàn)商業(yè)化的SERS應(yīng)用于從貨物檢查、食品檢查、環(huán)境監(jiān)測、疾病診斷到刑偵和國土安全的各領(lǐng)域。因而存在改進(jìn)SERS裝置的性能和制造該裝置的處理技術(shù)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一方面，本申請涉及用于監(jiān)控有害物質(zhì)的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括多個探針組件，每個探針組件包含一個具有納米結(jié)構(gòu)表面或在溶液中的納米顆粒的檢測器，能夠吸咐鄰近檢測器被捕獲到的樣品材料的分子；一激光器，能夠發(fā)射激光束來照射吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子；一光譜儀，能夠根據(jù)吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子的散射光生成光譜數(shù)據(jù)；及一 ID閱讀器，能夠檢索樣品材料的鑒別信息。檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括與多個探針組件相連的監(jiān)控中心(central off ice),包含一計算機(jī)存儲器,能夠存儲一個或多個光譜特征,其中每個光譜特征與有害物質(zhì)及樣品物質(zhì)的鑒別信息相關(guān)；一通信裝置，能夠接收來自多個探針組件的光譜數(shù)據(jù)及鑒別信息；一光譜分析儀，能夠確定在光譜數(shù)據(jù)中與存儲在數(shù)據(jù)庫中的至少一個光譜特征相匹配的光譜特征，由此鑒別樣品材料中與光譜特征之一相關(guān)聯(lián)的有害物質(zhì)。該檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括一與光譜分析儀通信的警報響應(yīng)系統(tǒng)，其中，當(dāng)樣品材料中的有害物質(zhì)被鑒別時，該警報響應(yīng)系統(tǒng)能夠發(fā)送關(guān)于該樣品材料的警報信號。
[0010]該系統(tǒng)的實施包括以下一個或多個。鑒別信息包括產(chǎn)品名稱和/或型號、批號、樣品材料采集的位置、樣品制造商或傳遞者的來源、車輛執(zhí)照號碼、分配渠道、樣品材料的目的地以及被檢測的有害物質(zhì)的以上所列信息。監(jiān)控中心進(jìn)一步包括一控制器，能夠利用從多個探針組件中的兩個或更多探針組件得到的光譜數(shù)據(jù)，并利用多個探針組件中的兩個或更多探針組件的位置，推測樣品材料在一特定時間的位置。多個探針組件可被安裝到建筑物、機(jī)場、海關(guān)、貨物或行李的運(yùn)輸系統(tǒng)、醫(yī)生或健康顧問的辦公室、公路上的檢測站、海港、汽車、輪船、潛艇、飛機(jī)、火車、地鐵、工廠、渡假區(qū)、實驗室、學(xué)校、商場、水源或人群聚集地。光譜數(shù)據(jù)包括一拉曼光譜。檢測器中的納米結(jié)構(gòu)表面包括具有每維寬度在約Inm到300nm之間的三維結(jié)構(gòu)。多個納米結(jié)構(gòu)包括凹陷、納米柱或納米孔中的至少一種。相鄰的納米結(jié)構(gòu)的間距在約Inm至IOOOnm之間。納米結(jié)構(gòu)的高度在約Inm至IOOOnm之間。檢測器包括一襯底且其中納米結(jié)構(gòu)表面包含引入到襯底上的納米顆粒。檢測器中的納米結(jié)構(gòu)表面包括:具有活性納米表面的活性材料；及具有與該活性納米表面鄰近的非活性納米表面的非活性材料，其中活性納米表面的寬度在約Inm至300nm之間。檢測器包括一包含非活性材料的襯底和位于襯底上的包含活性材料的第一層，其中第一層包括暴露在襯底上的多個凹陷?；钚圆牧峡砂ń饘俨牧??；钚圆牧线x自銀(Ag)、金(Au )、銅(Cu )、鉬(Pt)、鋁(Al)、鐵(Fe )、鈷(Co )、鎳(Ni )、釕(Ru )、銠(Rh )和鈀(Pd)及其組合。非活性材料可包括絕緣體。非活性材料選自氧化娃、氧化銀、氮化娃、氧化鉭和氧化鈦。檢測器進(jìn)一步包括位于第一層上的吸附層。吸咐層包括二氧化鈦(Ti02)、二氧化硅(Si02)、三氧化二鋁(A1203)、氮化娃(313隊)、氧化鉭(1&205)、氧化鋅(2110)、氧化錯、氧化鉿、氧化釔、氧化銀、氧化金、氧化錫、氧化銻材料，摻雜有氯或氯化物的金屬及聚合材料。樣品材料可從食物產(chǎn)品中提取。有害物質(zhì)包括三聚氰胺(melamine)、甜蜜素(sodium cyclamate)、環(huán)己基氨基磺酸鈉(sodiumcyclo -hexylsulfamate)、鹿糖(cane sugar)、淀粉(starch)、亞硝酸鹽(nitrite)、硝酸鹽(nitrate)、硫化物、蘇丹紅I號、II號、III號和IV號、孔雀石綠(malachitegreen)λ甲胺磷(methomidophos)、乙酰甲胺磷(acephate)、DDT (二氯二苯三氯乙焼)、DDV (敵敵畏)、馬拉硫磷(malathion)、殺螟硫磷(fenitrothion)、呋喃丹(carbofuran)、溴鼠隆(brodifacoum)、四亞甲基二諷四胺(tetramethylenedisulfotetramine，俗稱毒鼠強(qiáng))、氟代醋酸鈉(sodium fluoroacetate)、氟乙酰胺(fluoroacetamide)、氯敵鼠(chlorphacinone)、殺鼠酮(pindone)、雙苯殺鼠酮(diphacinone)、阿米曲拉(amitraz)、久效憐(monocrotophos)、甲拌憐(phorate)、乙拌憐(disulfoton)、亞胺硫憐(phosmet)、對硫憐(parathion)、倍硫憐(fenthion)、憐胺(phosphamidon)、二 嗪農(nóng)(diazinon)、涕滅威(aldicarb)、敵百蟲(trichlorfon)、艾氏劑(aldrin)、苯達(dá)松除草劑(bentazone)、溴氰菊酯(deltamethrin)、氯氰菊酯(cypermethrin)、甲基對硫磷(methyl parathion)、樂果(dimethoate)、硝基呋喃(nitrofuran)、呋喃唑酮(furanzolidole)、氯霉素(chloramphenicol)、氯四環(huán)素(chlortetracycline)、環(huán)丙沙星(ciprofloxacin)、氨哮素(clenbuterol)、萊克多巴胺(ractopamine)、乙基環(huán)丙沙星(enorfloxacin)、羅丹明B (Rhodanmine B)、安息香酸(benzoic acid)、連二亞硫酸(hyposulfurous acid)、甲醒鈉(sodium formaldehyde)、甲醒(formaldehyde)、鄰苯二甲酸鹽(phthalates)、二卩惡英(dioxins)、水中的鉛(Pb)、鎘(Cd)、萊(Hg)、砷(As)、絡(luò)(Cr)、氰化物(cyanides)、高氯酸鹽(chlorates)、硫酸鹽(sulfates)、堿性橙(chrysoidine G)、硼酸(boric acid)和硼砂(borax)、硫氰酸鈉(sodium sulfocyanate)、鉛絡(luò)綠(lead chrome green)、減性嫩黃O (basic Flavine 0)、工業(yè)甲醒和氫氧化鈉、一氧化碳、硫酸鈉、工業(yè)硫磺(industrialsulfur)、工業(yè)染料、S粟殼(fructus papaveris)、超劑量水平的食品著色劑、食品防腐齊L1、甜味劑、乳化劑、過量膨化劑、漂白劑(bleach)、硫磺熏蒸(sulfur suffumigation)、護(hù)色劑(color protectants)、二氧化鈦、過氧化苯甲酰(benzoyl peroxide)、輕乙喹氧(olaquindox)、氯霉素(chloromycetin)或KA1S04。有害物質(zhì)包括爆炸材料、易燃材料、麻醉藥、毒氣、放射性材料或傳染性的病毒和細(xì)菌。樣品材料包括從人體或動物中獲得的體液，其中，一個或多個光譜特征與基于光譜特征的人體或動物中的疾病或非法藥物的使用相關(guān)聯(lián)。監(jiān)控中心進(jìn)一步包括一審查樣品材料的審查系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)庫被設(shè)置用來存儲與鑒別信息相關(guān)的審查信息。在多個探針組件中至少一個ID閱讀器，該ID閱讀器包括一射頻鑒另Ij (RFID)閱讀裝置、一移動電話、一照相手機(jī)、一條形碼閱讀器及一計算輸入裝置。計算機(jī)存儲器能夠存儲生產(chǎn)、運(yùn)輸、分配或出售在樣品材料中鑒別出的有害物質(zhì)的實體的危險目標(biāo)物名單，以允許多個探針組件能更頻繁的跟蹤及檢測這些實體。
[0011]另一方面，本發(fā)明涉及用于監(jiān)控有害物質(zhì)的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括多個探針組件，每個探針包含:一檢測器，包含納米結(jié)構(gòu)表面或溶液中的納米顆粒，能夠吸咐檢測器鄰近捕獲到的樣品材料的分子；一激光器，能夠發(fā)射激光束，照射吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子；一光譜儀，能夠獲得來自吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子的散射光的光譜數(shù)據(jù)；及一 ID閱讀器，能夠檢索樣品物質(zhì)的鑒別信息。檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括多個連接到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控中心，其中每個監(jiān)控中心包含:一計算機(jī)存儲器，能夠存儲一個或多個光譜特征，其中每個光譜特征與有害物質(zhì)及樣品材料的鑒別信息相關(guān)聯(lián)；一通信裝置，能夠接收來自多個探針組件中的一個或多個的光譜數(shù)據(jù)及鑒別信息；及一光譜分析儀，能夠確定光譜數(shù)據(jù)中與存儲在計算機(jī)存儲器中的光譜特征中至少一個相匹配的光譜特征，從而鑒別在樣品材料中與光譜特征之一相關(guān)聯(lián)的有害物質(zhì)。檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也包括與多個監(jiān)控中心相連的警報響應(yīng)系統(tǒng)，其中，該警報響應(yīng)系統(tǒng)被設(shè)置用來在多個監(jiān)控中心中一個或多個中的樣品物質(zhì)中鑒別到有害物質(zhì)時，發(fā)送出有關(guān)樣品物質(zhì)的警報信號。
[0012]本發(fā)明提供了 一種新的表面裝置，包括支持多個納米結(jié)構(gòu)的襯底及在該納米結(jié)構(gòu)之上暴露的檢測表面，其中所述表面包括至少一個活性SERS納米表面及鄰近該活性SERS納米表面建立的至少一個非活性SERS納米表面。
[0013]納米結(jié)構(gòu)陣列被提供用來增強(qiáng)陣列表面的化學(xué)吸咐，從而進(jìn)一步增強(qiáng)SERS敏感度。在一個實施方式中，利用了被測量化學(xué)物質(zhì)的電荷狀態(tài)?？稍诩{米結(jié)構(gòu)或位于納米結(jié)構(gòu)表面下的功能層施加電偏壓，以將化學(xué)物質(zhì)吸咐到陣列表面。該電偏壓可基于由SERS測量的化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)特性從負(fù)值到正值變化。在另一個實施方式中，構(gòu)建具有特定表面粘著的薄化學(xué)物質(zhì)功能層來吸引被測量的化學(xué)物質(zhì)。在另一個實施方式中，將具有襯底的整個陣列結(jié)構(gòu)冷卻至特定的溫度，旨在選擇性地將所測量的化學(xué)物質(zhì)分子冷凝濃縮到陣列表面。在另一個實施方式中，向檢測表面或在包括諸如Fe、Co、Ni或它們的化合物的磁性材料的檢測表面處的功能層施加磁場。以此方式，在檢測表面上的化學(xué)極性分子將統(tǒng)計性地朝向優(yōu)選取向排列。采用磁場或活性層內(nèi)建局部磁材料能夠增強(qiáng)化學(xué)特定鍵聯(lián)、增強(qiáng)分子表面鍵聯(lián)效率，從而獲得增強(qiáng)的拉曼信號。
[0014]本發(fā)明還提供了一種形成表面檢測裝置的方法，包括:提供襯底，在襯底之上沉積至少一個材料層，在材料層之上建立構(gòu)型，該構(gòu)型定義多個納米結(jié)構(gòu)，除去材料層的一部分來定義納米結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，以及在納米結(jié)構(gòu)之上形成暴露的檢測表面其中所述表面包括至少一個活性SERS納米表面和與該活性SERS納米表面鄰近建立的至少一個非活性SERS納米表面。
[0015]納米結(jié)構(gòu)可建造在襯底上，例如硅、砷化鎵(GaAs)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、藍(lán)寶石、三氧化二鋁(A1203)、玻璃、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鋁(Al)和銅(Cu)等。納米結(jié)構(gòu)的尺寸在Inm至300nm之間，優(yōu)選5nm至50nm,納米結(jié)構(gòu)之間的間距是Inm至IOOOnm,優(yōu)選5nm至50nm。納米結(jié)構(gòu)的深度或高度在Inm至IOOOnm之間。表面結(jié)構(gòu)層的厚度在0.5nm至500nm之間。偏置層的厚度在50nm至10 μ m之間。納米結(jié)構(gòu)的形狀具有選自于以下幾何形狀的至少一個:圓形、三角形、類三角形、正方形、矩形、六角形、卵形、橢圓形，在沿長或短軸的任一個在兩端處具有半圓角的矩形或具有圓角的三角形、以及具有四個圓角的矩形。這些納米結(jié)構(gòu)或是隔離的島或者彼此連接。
[0016]適用于表面功能層或溫度偏置層的材料包括貴金屬和過渡金屬，例如，用于納米結(jié)構(gòu)襯底的銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銣(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)和鉬(Pt)。適用于表面功能層的材料包括氧化銀、氧化金、二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(A1203)、氮化硅(Si3N4)、五氧化二鉭(Ta205)、二氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錯(Zr02)、二氧化鉿(Hf02)、三氧化二釔(Y203)、氧化錫、氧化鋪和其他氧化物；摻雜有氯或氯化物的銀、摻雜有氯或氯化物的金、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、聚(乙烯-共-丙烯酸丁酯-共-一氧化碳)(ΡΕΒΑ)、聚(烯丙胺鹽酸鹽)(ΡΑΗ)、聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和其他聚合物；堆疊的多層中至少兩層包括以上列出的金屬層和非金屬層，等等。溫度偏置層可與陣列電性隔離或連接。典型材料是以下金屬，例如，Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Pt)、銣(Ru)、N1-Cr 合金、NiCrN 合金、Pt-Rh 合金、Cu-Au-Co 合金、Ir-Rh 合金或 / 和 W-Re 合金。
[0017]本發(fā)明提供了一種痕量化學(xué)物質(zhì)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括關(guān)聯(lián)于表面裝置的光譜系統(tǒng)，包括:支持多個納米結(jié)構(gòu)的襯底，在該納米結(jié)構(gòu)之上暴露的檢測表面，其中所述表面包括至少一個活性SERS納米表面和鄰近該活性SERS納米表面建立的至少一個非活性SERS納米表面。在一個實施方案中，光譜系統(tǒng)包括生成激光束的激光源，將激光束聚集的光學(xué)部件、在陣列裝置處引導(dǎo)激光束的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，接收由所述陣列裝置散射的所述激光束部分的采集器；以及接收所述部分并生成指示在陣列裝置上的化學(xué)物質(zhì)成分和/或濃度輸出的光譜分析儀。
[0018]納米表面結(jié)構(gòu)陣列可用于痕量化學(xué)物質(zhì)檢測中液態(tài)和氣態(tài)測量的SERS應(yīng)用。也可將該陣列用于其他光譜測量，包括表面增強(qiáng)共振拉曼光譜(SERRS)、表面增強(qiáng)相干反斯托克斯拉曼散射(SECARS)、表面增強(qiáng)紅外吸收(SEIRA)光譜、表面增強(qiáng)熒光光譜、表面增強(qiáng)光致發(fā)光光譜，具有以上技術(shù)的時間分辨的測量以及用于化學(xué)指紋鑒定和痕量化學(xué)檢測的以上技術(shù)的結(jié)合。
[0019]本發(fā)明提供了一種實時實地的清潔方法。對偏置金屬層施熱電加熱以將納米表面結(jié)構(gòu)陣列加熱至500°C。在高溫下許多被吸附的化學(xué)分子和表面污染可被物理蒸發(fā)或燒掉，形成干凈的陣列以防止之前測量的交叉污染并對SERS陣列重復(fù)利用。
[0020]在本發(fā)明的另一方面，檢測分子的方法包括a)將痕量化學(xué)物質(zhì)引入到陣列裝置上，以允許化學(xué)分子被吸附到陣列裝置的檢測表面上，b)用激光束照射陣列裝置，c)從吸附的分子采集散射光信號，以及d)從散射光信號檢測拉曼光譜。所述陣列裝置包括支持多個納米結(jié)構(gòu)的襯底，在該納米結(jié)構(gòu)之上暴露的檢測表面。表面包括至少一個活性SERS納米表面和鄰近該活性SERS納米表面建立的至少一個非活性SERS納米表面。實施方式包括以下一個或多個優(yōu)點。公開的系統(tǒng)和方法能夠有效的增強(qiáng)化學(xué)特定鍵聯(lián)，增強(qiáng)分子表面的健聯(lián)效率等，利用在單位時間周期內(nèi)的最大化的分子數(shù)目，增強(qiáng)在檢測表面上的化學(xué)分子吸附，以便增強(qiáng)拉曼信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置的正方形陣列的頂視圖。
[0022]圖2A和2B示出了本發(fā)明的一個正方形陣列。
[0023]圖3A和3B示出了本發(fā)明的一個正方形陣列。
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個正方形陣列的頂視圖。
[0025]圖5A和5B示出了具有隔離的活性區(qū)域和環(huán)繞的非活性區(qū)域的正方形陣列。
[0026]圖6A和6B示出了具有連接每個活性納米表面結(jié)構(gòu)的活性材料層的正方形陣列。
[0027]圖7是在環(huán)繞的非活性區(qū)域上的獨(dú)立活性納米表面結(jié)構(gòu)的陣列的圓柱形式的三維視圖，其中在每個活性納米表面結(jié)構(gòu)的底部具有非活性區(qū)域凹陷。
[0028]圖8A和8B是圓形陣列的頂視圖。
[0029]圖9A-9E示出了各種形狀的陣列的頂視圖。
[0030]圖10示出了包括具有各種形狀的子陣列的陣列。
[0031]圖11示出了包括具有各種尺寸的子陣列的陣列。
[0032]圖12是在整個陣列之上具有表面吸附層的陣列的剖視圖。
[0033]圖13是具有選擇地覆蓋SERS納米表面的表面吸咐層的陣列的剖視圖。
[0034]圖14是根據(jù)本發(fā)明的具有選擇地覆蓋SERS納米表面的表面吸咐層的陣列的剖視圖。
[0035]圖15是具有選擇地覆蓋非活性SERS納米表面的表面吸附層的陣列的剖視圖。
[0036]圖16是在襯底和納米結(jié)構(gòu)的陣列之間具有功能層的陣列裝置的剖視圖。
[0037]圖17示出了具有功能層的另一陣列裝置。
[0038]圖18是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
[0039]圖19A-19D示出了用于形成根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置的工藝。
[0040]圖20A-20E示出了用于形成根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置的另一個工藝。
[0041]圖21A-21D示出了根據(jù)本發(fā)明的用于形成陣列裝置的又一個工藝。
[0042]圖22是使用根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置的SERS系統(tǒng)的圖。
[0043]圖23示出了拉曼試驗設(shè)置和各種化學(xué)物質(zhì)的拉曼光譜的示意圖。
[0044]圖24示出了表面結(jié)構(gòu)的頂視圖的掃描-電子顯微圖(SH\0，其中d是納米孔的平均直徑，D是相鄰納米孔的中心到中心的平均距離。
[0045]圖25示出了一種常用的殺蟲劑和神經(jīng)性制劑相似物，甲胺磷(methamidophos)的常規(guī)拉曼和SERS光譜。
[0046]圖26是根據(jù)本發(fā)明的示例的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的框圖。
[0047]圖27示出了移動檢測器的細(xì)節(jié)。
[0048]圖28說明操作檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個示例過程。
[0049]圖29是根據(jù)本發(fā)明的另一示例的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0050]本發(fā)明提供了用于改進(jìn)表面增強(qiáng)拉曼光譜性能的新的裝置和設(shè)備、系統(tǒng)、以及方法。
[0051]表面信號的SERS選擇性由僅在表面處的表面增強(qiáng)機(jī)制的出現(xiàn)而產(chǎn)生。表面增強(qiáng)具有兩種主要機(jī)制:電磁增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)。電磁增強(qiáng)依賴于呈現(xiàn)在金屬表面上的粗糙特征，而化學(xué)增強(qiáng)涉及電子電荷轉(zhuǎn)移，以及由于被分析物的化學(xué)吸附作用的對被吸附物的電子狀態(tài)的改變。
[0052]SERS主要從吸咐到貴金屬(Au、Ag、Cu)或堿金屬(L1、Na、K)表面之上的被分析物得以觀察，具有的激發(fā)波長接近或在可見區(qū)域中。理論上，任意金屬都能展現(xiàn)表面增強(qiáng)效應(yīng)，但是貴金屬和堿金屬滿足可計算的需求并提供最強(qiáng)的增強(qiáng)。
[0053]SERS的整個增強(qiáng)的大部分是由于電磁增強(qiáng)機(jī)制，該機(jī)制是在金屬表面呈現(xiàn)的金屬粗糙特征的直接結(jié)果。[0054]化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制還提供了用于拉曼信號強(qiáng)度增益的增強(qiáng)。分子吸附在表面之上并且與表面相互作用?；瘜W(xué)增強(qiáng)的存在是由于這種相互作用。金屬被吸附物接近允許從其中出現(xiàn)新電荷轉(zhuǎn)移中間產(chǎn)物的電子耦合的路徑導(dǎo)致具有較高拉曼散射截面的SERS條件。另外，被吸附物分子的電子軌道可以與金屬的傳導(dǎo)電子接觸并相互作用，改變化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)狀態(tài)。還提出化學(xué)增強(qiáng)可以是在散射截面中的變更，這是由于它與金屬的相互作用而改變的化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)特性。
[0055]本發(fā)明提供了一種陣列裝置，包括支持多個納米結(jié)構(gòu)的襯底和在該納米結(jié)構(gòu)之上暴露的檢測表面，其中所述表面包括至少一個活性SERS納米表面和鄰近該活性SERS納米表面建立的至少一個非活性SERS納米表面。因而，該SERS裝置的性能受益于對拉曼信號強(qiáng)度的化學(xué)增強(qiáng)和電磁增強(qiáng)效應(yīng)兩者。
[0056]在這里，使用術(shù)語“活性SERS納米表面”時，是指具有至少一個在納米量級的表面尺寸的明確定義的金屬表面。該表面可以是平坦的或不平坦的。活性SERS納米表面在光子照射之下展現(xiàn)對拉曼信號的電磁增強(qiáng)。用于活性SERS表面的材料的示例包括貴金屬銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、和鉬(Pt)及過渡金屬如鋁(Al)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銣(Ru)、銠(Rh)和鈀(Pd)。用于活性SERS表面的金屬被稱作“活性材料”。
[0057]術(shù)語“非活性SERS納米表面”，是指具有至少一個在納米量級的尺寸的明確定義的表面。該表面可以是平坦或不平坦的。與活性SERS納米表面相反，非活性SERS納米表面僅其自身不展現(xiàn)對拉曼信號的顯著電磁增強(qiáng)。然而，當(dāng)將非活性SERS放置到靠近活性SERS納米表面時，與僅來自活性SERS納米表面的信號相比，可觀察到對拉曼信號相對較強(qiáng)的增強(qiáng)。因而，以與活性SERS表面交替的方式排列非活性SERS納米表面對拉曼信號提供進(jìn)一步的增強(qiáng)。用于非活性SERS納米表面的材料的示例包括絕緣體如二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(A1203)、氮化硅(Si3N4)、五氧化二鉭(Ta205)、二氧化鈦(TiO2)及空氣(開放空間)。用于非活性SERS納米表面的材料被稱作“非活性材料”。
[0058]這里使用的術(shù)語“納米結(jié)構(gòu)”，旨在于指代三維物體，該三維物體或是從襯底突出，或是向襯底凹陷，并具有至少一維在納米量級的尺寸。納米結(jié)構(gòu)的形狀的非限定示例包括納米柱、納米金字塔、納米孔、納米凹陷和納米顆粒。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，通過將非活性SERS納米表面與納米活性SERS表面鄰接排列來獲得改進(jìn)的SERS性能。圖1-11提供了用于改進(jìn)的SERS應(yīng)用的示例性陣列裝置。
[0060]圖1示出了具有在襯底上建立的多個活性SERS納米表面110和非活性SERS納米表面120的正方形陣列100的頂視圖。如圖1所示，每個活性SERS納米表面與每個非活性SERS表面交替排列?；钚許ERS表面由從貴金屬中選擇的材料制造，包括但不限于銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)和鉬(Pt)。活性SERS表面還可以由從過渡金屬中選擇的材料制造，包括但不限于鋁(Al)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銣(Ru)、銠(Rh)和鈀(Pd)。非活性SERS納米表面由絕緣材料來制造，包括但不限于二氧化硅(Si02)、三氧化二鋁(A1203)、氮化硅(Si3N4)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鈦(TiO2)和開放空間(空氣)。
[0061]圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的陣列裝置200的透視圖。該裝置包括襯底210，由活性材料組成的矩形柱220和由非活性材料組成的矩形柱230。每個活性柱220與每個非活性柱230交替排列?；钚灾?20提供活性SERS納米表面225，以及非活性柱230提供非活性納米SERS235。兩個表面225和235基本上都是正方形，具有在約5nm至300nm之間尺寸的226、227、236和237。在一個實施方式中，正方形的尺寸在約Inm到10 μ m之間。
[0062]圖2B是圖2A的結(jié)構(gòu)的剖視圖，沿圖1中所示結(jié)構(gòu)的X_X’線?；钚员砻?25的高度228基本上等于非活性表面235的高度238。高度228和238在5nm至IOOOnm之間。在一個實施方式中，高度228和238在Inm至5 μ m之間。
[0063]圖3A示出了另一個正方形陣列300的透視圖。襯底310由非活性材料制成。多個正方形柱320布置在襯底上。柱320提供活性SERS納米表面330，包括頂表面335和側(cè)壁336?；钚許ERS納米表面330由非活性SERS納米表面的四個正方形區(qū)域340環(huán)繞?；钚許ERS表面的正方形區(qū)域335基本上等于非活性區(qū)域340。在圖3B中示出了沿X_X’線的剖視圖。柱320的高度350在5nm至IOOOnm之間。在一實施方式中，柱320的高度350在Inm至5 μ m之間。
[0064]當(dāng)納米表面(活性或非活性)或納米結(jié)構(gòu)的至少一部分具有納米特征尺寸時，拉曼散射檢測器的靈敏度可被增強(qiáng)，該納米特征尺寸功能性地匹配于電子或聲子的特征參數(shù)，例如表面上的電子的電子平均自由行程(MFP)、表面上的電子的電子波長、表面上的聲子的聲子平均自由行程和表面上聲子的聲子波長。
[0065]這里使用的術(shù)語“納米特征尺寸”涉及在陣列裝置中的活性納米SERS表面例如活性納米SERS表面的直徑、納米柱或納米孔的高度或深度或陣列裝置中納米結(jié)構(gòu)之間的間距。
[0066]上述術(shù)語“功能性地匹配”可以包括以下情況:納米特征尺寸近似等于或小于電子或聲子的特性參數(shù)，是電子或聲子的特性參數(shù)的整數(shù)倍或?qū)﹄娮踊蚵曌拥奶匦詤?shù)具有特定的數(shù)學(xué)函數(shù)。
[0067]圖4示出了納米表面結(jié)構(gòu)的正方形陣列400的另一個示例，其中活性SERS表面410通過非活性SERS納米表面420彼此在空間隔離。此外，活性區(qū)域之間的間距可以是如圖2和3所示的空氣或絕緣材料。
[0068]現(xiàn)參考圖5A和5B，具有活性材料制成的正方形柱520的陣列裝置500建立在襯底510上。每個柱520都由非活性材料制成的區(qū)530環(huán)繞。圖5B示出了沿X-X’線的剖視圖。每個活性SERS納米表面525都由非活性納米表面535所隔離。
[0069]在一些實施方式中，圖6A是具有活性材料層630所覆蓋的襯底610的陣列裝置600的透視圖。在層630上建立有另一活性材料的正方形柱620。圖6B示出了沿X_X’線的剖視圖。每個活性SERS納米表面625都由另一個活性納米表面635所隔離。在特定情形中，相同的活性材料被用于正方形柱620和層630且活性結(jié)構(gòu)在活性區(qū)域底部連接。連接材料可與活性區(qū)域中的材料相同或是不同的導(dǎo)體。
[0070]可以理解的是，納米結(jié)構(gòu)的形狀可根據(jù)特殊應(yīng)用的需要改變。圖7-9E示出了納米柱或納米孔的示例。圖7示出了納米表面結(jié)構(gòu)700的陣列的圓柱形式的透視圖。在它們的圓柱形式710中的獨(dú)立活性區(qū)域規(guī)則的分布在非活性區(qū)域720的周圍，形成納米表面結(jié)構(gòu)700的陣列。每個活性圓柱的底部位于非活性區(qū)域720的凹陷725上。在非活性區(qū)域中的凹陷的深度730小于圓柱形活性柱710的高度750。凹陷725的直徑740在納米量級上大于活性柱的直徑760?？梢灾付ǜ鞣N幾何特征以使分子吸附最大化。圖中所示凹陷是增強(qiáng)提供結(jié)構(gòu)的示例之一。
[0071]圖8A示出了在襯底上規(guī)則分布的納米表面結(jié)構(gòu)的圓形陣列800的頂視圖。在圓圈810中的區(qū)域可以是活性SERS納米表面或是非活性SERS納米表面(或甚至是空氣，意味著為空)。圖SB示出了在襯底上具有圓形緊密包裝的納米表面結(jié)構(gòu)的另一個圓形陣列850的頂視圖。
[0072]圖9A示出了矩形納米表面結(jié)構(gòu)905的陣列900的項視圖。圖9B-9E示出了三角形915、圓角矩形925、菱形935和橢圓形945形狀的納米柱或納米孔的陣列910、920、930和940的頂視圖。
[0073]圖10和11舉例說明一個陣列裝置能夠包括許多襯底上的多個子陣列。子陣列組合的優(yōu)點是用于化學(xué)測量的納米表面結(jié)構(gòu)可通過用于更寬范圍的物質(zhì)的SERS優(yōu)化。不同陣列的組合可作為一般拉曼增強(qiáng)手段來使用。
[0074]圖10示出了具有子陣列1010、1020、1030和1040的陣列裝置1000的頂視圖。每個子陣列具有不同的納米結(jié)構(gòu)形狀。圖11表示具有子陣列1110和1120的陣列裝置1100。子陣列可以具有相同的形狀但具有不同的尺寸。
[0075]現(xiàn)參考圖12，在結(jié)構(gòu)1220上具有吸附層1210的陣列裝置1200，與圖2和圖5分別示出的陣列200或500類似?；赟ERS中測量的化學(xué)物質(zhì)的特定的化學(xué)鍵構(gòu)型，表面吸附層1210可用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)鍵進(jìn)行選擇，或是正電荷的或是負(fù)電荷的，使得所測量的化學(xué)物質(zhì)可被吸附到表面并被移動以靠近并被吸附到活性區(qū)域。吸附層不需要很厚。在一些情形中，單層甚至島分布層是足夠的。層厚度可在0.5nm至500nm之間，優(yōu)選2nm至20nm之間。適用于吸附層的材料包括銀氧化物、與氧化物混合的金、二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁、氮化硅、五氧化二鉭、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉿、氧化釔、氧化銀、氧化金、氧化錫、氧化銻或其他金屬氧化物層、摻雜有氯化氯化物的金屬層、聚合物等。
[0076]圖13-15顯示陣列裝置之上的吸附層的各種排列。在一實施方式中，粘附層僅覆蓋活性SERS納米表面。圖13示出了具有選擇性布置在非活性SERS納米表面1325上的吸附層1310的陣列裝置1300。結(jié)構(gòu)1320類似于分別在圖2和圖5示出的陣列裝置200或500。選擇性地，對于圖14所示陣列1400，吸附層1410可選擇性的布置在活性SERS納米表面1420上。
[0077]在另一實施方式中，如圖15所示，吸附層1510可選擇性地布置在隔離的非活性SERS納米表面1520的頂部。結(jié)構(gòu)1530類似于圖3所示的陣列結(jié)構(gòu)300。
[0078]目前公開的裝置與吸附層的其他排列是一致的，能夠幫助分析儀的分子足夠靠近活性納米SERS表面。
[0079]在一些實施方式中，通過電偏壓裝置增強(qiáng)表面對分子的吸附。圖16示出了納米表面結(jié)構(gòu)1640的陣列的裝置1600，該裝置1600在襯底1610上的金屬層1620之上具有活性和非活性的SERS納米表面1650和1655。有一可選擇的絕緣層1630將陣列1640與金屬層1620分離。基于測量的化學(xué)分子的電荷狀態(tài)，可對金屬層1620施加正或負(fù)偏壓以吸引分子到檢測表面1650和1655。
[0080]金屬層1620也被稱為功能層。這里使用的術(shù)語“功能層”，是指向納米表面結(jié)構(gòu)的陣列裝置提供電、磁、或熱偏置的層。
[0081]在一些實施方式中，通過降低整個陣列的溫度對裝置表面提供分子吸附的增強(qiáng)?？紤]到陣列比襯底薄得多，熱電冷卻器可被連接到襯底的底部或檢測芯片的金屬墊區(qū)域。參考圖17，陣列裝置1760包括一熱傳導(dǎo)襯底1780。通過施加電能到冷卻器，襯底1780包括納米陣列1770可被冷卻到例如，從-200C至200C的溫度范圍。通過使用更昂貴的熱電或其他冷卻器，可以獲得更低的溫度。表面溫度越低，聚集到表面上的分子越多。通過將檢測芯片的冷卻，所選擇的依賴于其沸點溫度的化學(xué)分子將被吸附到表面。
[0082]在一些實施方式中，由于許多有關(guān)分子攜帶正電或負(fù)電，功能層可被用于施加合適的直流DC或交流AC電偏壓至裝置，以吸引化學(xué)物質(zhì)分子。進(jìn)一步地，功能層提供一種加熱檢測表面以汽化不希望的/不需要的表面污染物和/或燒掉表面污染物的手段。傳導(dǎo)層的材料可以是，但不限于鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Pt)、銣(Ru)、N1-Cr合金、NiCrN合金、Pt-Rh合金、Cu-Au-Co合金、Ir-Rh合金或/和W-Re合金。傳導(dǎo)層可具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性，對硅質(zhì)襯底和金屬檢測表面良好的粘附性。
[0083]在一些實施方式中，通過功能層或外源對檢測芯片施加磁場。以此方式，在檢測表面上的化學(xué)極性分子將具有統(tǒng)計上地優(yōu)選取向；另一方面，測試下的化學(xué)極性分子可具有它們的統(tǒng)計上地優(yōu)選取向。施加的磁場或功能層內(nèi)建的磁性材料的作用是增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)特定鍵聯(lián)，例如，增強(qiáng)化學(xué)分子吸附到檢測表面上，從而增強(qiáng)拉曼信號。施加的磁場可平行于或垂直于檢測表面。磁場強(qiáng)度范圍在0.5至3000高斯，或2至100高斯。
[0084]圖18-21顯示陣列裝置的許多示例。應(yīng)當(dāng)注意的是，所述工藝不必以此描述的順序加以執(zhí)行，這些描述僅僅是制備陣列裝置的方法的優(yōu)選示例。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，為了便于討論，圖中所示組件和特征的比例已被放大。
[0085]圖18是形成陣列裝置的流程圖。如在方框1810中所示，工藝從提供襯底開始。在至少一個實施方式中，襯底是硅晶片。非活性材料也可被用作襯底。至少一個材料層被沉積在襯底上，方框1820。然后在材料層上建立圖案，方框1830。該圖案提供定義多個納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域。如在方框1840中，材料層的一部分被移除，從而形成納米結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。該方法進(jìn)一步包括在納米結(jié)構(gòu)上形成暴露的檢測表面，其中所述表面包括至少一個活性SERS納米表面和鄰近該活性SERS表面建立的至少一個非活性SERS納米表面。
[0086]圖19A-19D提供了根據(jù)本發(fā)明中制備檢測陣列中的納米結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖解。襯底1900由非活性材料構(gòu)成。選擇性地，襯底可以是涂敷有非活性材料層的非-非活性材料，以針對完整的裝置提供非活性的SERS納米表面。
[0087]如圖19A所示，一可選擇的粘附層1910被沉積到襯底上以將將納米結(jié)構(gòu)粘附到襯底上。用于粘附層的材料的非限制性示例是鈦(Ti)和鎳(Ni)。粘附層的厚度在10至IOOnm之間。
[0088]在粘附層之上，活性材料層1920沉積其上?；钚詫?920的厚度在Inm至5 μ m之間。在一實施方式中，活性層1920的厚度在5nm至IOOnm之間。掩膜層1930然后被沉積到活性層1920上。掩膜層的一個示例是光致抗蝕劑或電子束抗蝕劑的層。在抗蝕劑層1930和活性層1920之間可建立一個可選的金屬層以用作后續(xù)工藝中的硬掩膜。
[0089]接著，通過光刻工藝或電子束工藝在抗蝕劑層1930上建立圖案(圖19B)。光刻和電子束構(gòu)圖技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的并且可以從商業(yè)上獲得，在此不必要詳細(xì)地描述。
[0090]接著，通過蝕刻工藝?yán)鐫窕瘜W(xué)蝕刻或等離子蝕刻去除活性材料和粘附層暴露的部分(圖19C)。非活性SERS納米表面1940在納米柱1955周圍形成。最后去除殘留的掩膜層1930。如圖19D所示，完整的裝置具有多個納米柱，在柱的頂部和側(cè)壁表面形成活性SERS納米表面1950。這些活性表面被暴露的非活性SERS納米表面1940環(huán)繞。
[0091]在一可供選擇的實施方式中，層1900可以是活性材料而層1920可以是非活性材料。以上詳細(xì)的工藝可生成具有非活性材料的納米柱陣列，其中非活性SERS納米表面由活性納米SERS表面環(huán)繞。
[0092]在圖20A-20E中示出了形成陣列裝置的另一實施方式的一系列步驟。通過壓印光刻工藝定義納米結(jié)構(gòu)的圖案。該圖案可通過電子束光刻和反應(yīng)離子光刻在襯底，例如在硅晶片上形成。圖案化的襯底可用作模。納米量級的圖案是最終納米陣列的反轉(zhuǎn)圖像。在第一步中，非活性材料層2010可被沉積到襯底2000上以建立非活性納米SERS表面。然后活性材料層2020例如Ag或Au被沉積到非活性層上。然后可壓印材料層2030，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他聚合物，被涂敷到層2020上。然后模2040被壓進(jìn)2030 (圖20A)。在移除模之后的步驟間進(jìn)行壓印(圖20B)。在圖20C中，使用蝕刻完成圖案轉(zhuǎn)移以除去在壓緊區(qū)域中殘留抗蝕劑2035。進(jìn)一步可使用化學(xué)蝕刻來蝕刻壓緊區(qū)域中的金屬膜(圖20D)。在移除掩膜層后生成納米表面結(jié)構(gòu)陣列。如圖20E所示，完整的裝置具有多個納米柱，該納米柱具有在柱的項部和側(cè)壁表面形成的活性SERS納米表面2050。這些活性表面由暴露的非活性SERS納米表面2040環(huán)繞。
[0093]在一些實施方式中，圖21A-21D示出了通過陽極氧化工藝形成的納米結(jié)構(gòu)陣列。圖21A示出了沉積在襯底2100上的層的堆疊。襯底2100可以是硅晶片。第一層2110是非活性材料。該層可以是通過氧化的硅晶片制成的30-50nm的Si02。在非活性層之上，沉積一粘附層2120。粘附層的厚度通常被控制在IUOA 1,000A范圍內(nèi)并被優(yōu)化以對貴金屬層例如Ag或Au層提供最佳粘附。粘附層2120的厚度也被優(yōu)化用于向檢測表面施加電偏壓，用于痕量化學(xué)物質(zhì)檢測，進(jìn)一步用于向檢測表面施加較低溫度以增強(qiáng)痕量化學(xué)物質(zhì)檢測的靈敏度。在粘附層之上，沉積一厚度范圍在0.5-10.0ym的Al層2130。然后對Al層145進(jìn)行退火以使Al膜再結(jié)晶。
[0094]接著，進(jìn)行陽極氧化工藝以產(chǎn)生多孔氧化鋁2135形式的多孔結(jié)構(gòu)2140 (圖21B)。在陽極氧化工藝中，納米孔或納米柱的直徑d、納米孔或納米柱的間距D和納米孔陣列的深度或納米柱陣列的高度H，可通過調(diào)節(jié)操作電壓、電流、化學(xué)溶液pH值和溫度和工藝時間等等進(jìn)行控制和更改。多孔結(jié)構(gòu)由自然地自組裝六邊形納米孔陣列形成，該納米孔陣列包括多個由六邊形孔壁環(huán)繞的孔2140。然后進(jìn)行濕法蝕刻工藝以拓寬孔2140并移除孔底部的阻擋層。
[0095]接著，通過物理的、化學(xué)的或電化學(xué)的方法沉積活性材料，例如貴金屬2150(如Ag、Au或Cu)，以填充多個孔(圖21C)。然后進(jìn)行化學(xué)工藝移除貴金屬2150和氧化鋁2135的頂部。在粘附層2120的頂部形成多個貴金屬柱2155。粘附層的暴露部分被移除以暴露非活性SERS納米表面2115 (圖21D)。完整的裝置具有多個納米柱，該納米柱具有形成于柱的頂部和側(cè)壁表面的活性SERS納米表面2156。這些活性表面被暴露的非活性SERS納米表面2115環(huán)繞。
[0096]圖22示出了基于根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置的痕量化學(xué)物質(zhì)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)、表面增強(qiáng)共振拉曼光譜(SERRS)、表面增強(qiáng)相干反斯托克斯拉曼散射(SECARS)、表面增強(qiáng)紅外吸收(SEIRA)光譜、表面增強(qiáng)熒光光譜(SEFLS)、表面增強(qiáng)光致發(fā)光光譜(SEPLS)、時間分辨的上述光譜、其他光學(xué)光譜方法及以上所列方法的組合，例如，SERS結(jié)合SEFLS或SERS結(jié)合SEPLS，用于化學(xué)物質(zhì)指紋鑒定和痕量化學(xué)物質(zhì)檢測。
[0097]如圖22所示，探針組件2200包括一光源2210，如激光束源，及一用于聚焦激光束的光學(xué)組件2215。然后該激光束由偏轉(zhuǎn)器2220進(jìn)行偏轉(zhuǎn)以照射陣列裝置2250。該陣列裝置2250吸附有待分析的化學(xué)物質(zhì)。吸附在陣列裝置檢測表面的化學(xué)物質(zhì)的分子2240對進(jìn)入的光束2235進(jìn)行散射。散射光子2236的一部分被一光學(xué)系統(tǒng)米集。一光譜分析器，例如光譜儀，接收散射光子的所述部分并生成指示化學(xué)物質(zhì)組成的輸出。
[0098]圖22所示的系統(tǒng)可被用于醫(yī)療/健康護(hù)理、生命科學(xué)、環(huán)境、食品安全、刑偵、國土安全等等領(lǐng)域中的化學(xué)物質(zhì)指紋鑒別和痕量化學(xué)物質(zhì)檢測。針對國土安全領(lǐng)域的應(yīng)用，包括但不限于機(jī)場、海關(guān)、集裝貨物、港口、火車和火車站、地鐵、建筑物、購物商場、劇院、渡假、休閑中心、地表水和包括井在內(nèi)的其他水供應(yīng)系統(tǒng)。危險和有害的化合物包括爆炸物、神經(jīng)性制劑、血液性制劑、糜爛性制劑、重金屬和其他有毒化學(xué)物質(zhì)例如鉛(Pb)、鎘(Cd)、萊(Hg)、銘(Tl)和含砷化合物、揮發(fā)性毒素例如苯、氯仿,肺制劑(pulmonary agents)例如光氣、氯乙烯，生物制劑、毒素及核武器。爆炸性物質(zhì)包括三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、MNT (間硝基甲苯)、1，3_ 二硝基苯(0他)、1，2-二甲氧基-4-硝基苯(0厘他)、二硝化乙二醇(E⑶N)、硝化甘油(NG)、環(huán)三亞甲基三硝胺(RDX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、三聚過氧丙酮(TATP)、三氨三硝基苯(TATB)、環(huán)四亞甲基四硝胺(HMX)、硝酸氨(ammonianitrate)、三硝基苯甲硝胺(tetryl)、苦味酸(picric acid)、六硝基苗(HNS)等，以及上述兩項或多項的混合物例如C-4等。危險化學(xué)物質(zhì)還包括神經(jīng)性制劑，包括但不限于塔崩(GA)、沙林(GB)、索曼(⑶)、環(huán)沙林(GF)和維?？怂?VX)等。血液性制劑包括氰化物(氯化氰(CK)、氰化氫(AC)、氰化鉀(KCN)、氰化鈉(NaCN)等)、胂(SA)。糜爛性制劑包括但不限于劉易士毒氣、光氣肟(CX)、芥子氣等。生物制劑包括A類毒劑，例如炭疽(anthrax )、天花(smallpox)、痕疫(plagues), B類毒劑，例如Q熱，C類毒劑,例如黃熱。
[0099]基于根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置的系統(tǒng)還可應(yīng)用于環(huán)境應(yīng)用中的化學(xué)物質(zhì)指紋鑒定和痕量化學(xué)物質(zhì)檢測，例如有毒材料的檢測和篩查，包括但不限于無機(jī)和有機(jī)亞硝酸鹽和含氯的化學(xué)物質(zhì)，例如NO2-和ClO4-族和二氧(雜)芑、苯及其衍生物、氰化物、重金屬包括但不限于Pb、Cd、Hg和含砷化合物，及殘留的農(nóng)藥殺蟲劑和在海、湖、河、水庫和井及其他地表水和地下水以及土壤和空氣中的其他有毒化學(xué)物質(zhì)。
[0100]對于環(huán)境保護(hù)，公開的化學(xué)檢測系統(tǒng)可被用于室外和室內(nèi)污染監(jiān)測和篩查發(fā)射源。室外污染包括機(jī)動車尾氣、工廠廢氣和廢水等。家庭住宅和工作場所中室內(nèi)污染監(jiān)測和篩查包括但不限于建筑物、機(jī)場、航天飛機(jī)、船艇和輪船、潛艇和室內(nèi)的所有其他區(qū)域。應(yīng)用包括但不限于監(jiān)測和篩查空氣質(zhì)量和其他健康問題，這些健康問題關(guān)聯(lián)于塑料地板、墻壁涂料和裝修、油漆的家具、塑料家庭用具、工具、玩具和可以包含有毒材料的室內(nèi)所有其他塑料材料，例如苯、苯的衍生物和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)、聚氯乙烯(PVC)和它的添加劑，包括鄰苯二甲酸鹽、鄰苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHA)和重金屬等。
[0101]對于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，通過根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置開發(fā)出無創(chuàng)或微創(chuàng)的早期疾病診斷方法。例如,通過人類皮膚測試、眼睛測試或包括唾液、汗液、血液和尿液測試的體液測試及人類呼吸測試來早期檢測疾病，這些疾病包括但不限于肺癌、乳腺癌、口腔癌和腦癌、潰瘍、支氣管病、食道和胃癌、結(jié)腸癌、皮膚癌、肝、腎、胰腺、膀胱、前列腺、子宮的疾病、食道疾病、氧化應(yīng)激(oxidant stress)、眼病、糖尿病、精神分裂癥、脂質(zhì)過氧化作用(lipidperoxidation)、哮喘、肺結(jié)核、幽門螺旋桿菌等。無創(chuàng)或微創(chuàng)測試還可應(yīng)用于診斷阿爾茨海默氏病(Alzheimer’ s disease)。
[0102]公開的系統(tǒng)和方法可應(yīng)用到通過裝有SERS檢測器“智能坐便器”的尿液測試以早期檢測疾病，這些疾病包括但不限于前列腺癌、膀胱疾病、子宮病癥等，及用來監(jiān)測和篩查毒品。
[0103]公開的系統(tǒng)和方法可用于人體和動物體的體液測試。例如，用于口腔癌的唾液測試、用于早期疾病診斷的血液測試，這些疾病包括但不限于阿爾茨海默氏病(Alzheimer’ sdisease、艾滋病(HIV)、瘋牛病、心血管疾病、癌癥和快速病毒和細(xì)菌的鑒定和篩查，包括但不限于非典型肺炎(SARS)、禽流感、天花、艾滋病(HIV)等。
[0104]拉曼診斷方法可用于實時醫(yī)生訪問程序，例如疾病篩查或特定疾病診斷。以此方法，醫(yī)生能夠基于患者來訪期間的實時拉曼檢測做出判斷，并針對必要的醫(yī)學(xué)治療及時做出決定。
[0105]公開的系統(tǒng)和方法可用于外科手術(shù)期間，實時在線鑒別癌癥腫瘤部分，而不是通常應(yīng)用的需要時間的活體組織檢查，在癌癥腫瘤部分和健康部分之間區(qū)分出界線以確定切除部位。
[0106]公開的系統(tǒng)和方法可用于藥物研發(fā)、制造和質(zhì)量檢測中的制藥學(xué)應(yīng)用。拉曼方法還可用于藥物服用反饋過程。例如，在患者服用藥物之前和患者服用藥物之后，在不同的時間段內(nèi)，進(jìn)行拉曼測試以調(diào)查藥物的效用。
[0107]公開的系統(tǒng)和方法適用于采用無線技術(shù)的在人體內(nèi)部使用的迷你拉曼檢測器。例如，集成的系統(tǒng)芯片的拉曼系統(tǒng)可制成藥片大小，其包括集成的迷你激光源、基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的迷你光譜儀、無線模塊、迷你探頭等。最初的應(yīng)用將是消化系統(tǒng)的疾病診斷。例如，在被篩查的患者或某個人的消化系統(tǒng)被清空后(類似用于結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查的準(zhǔn)備過程)，他/她吞服藥片大小的拉曼系統(tǒng)。拉曼掃描將實施進(jìn)行，例如，從每一分鐘到每一小時一次，然后數(shù)據(jù)通過無線模塊傳送，人體外部的計算機(jī)將接收拉曼數(shù)據(jù)并分析、搜索和匹配，然后做出決定；應(yīng)用的下一階段是利用針形探頭微創(chuàng)，將迷你拉曼檢測器帶入人體內(nèi)部的診斷區(qū)域，可通過光纖或無線模塊傳送拉曼數(shù)據(jù)。應(yīng)用包括但不限于乳腺癌、阿爾茨海默氏病(Alzheimer’ s disease 等的診斷。
[0108]公開的系統(tǒng)和方法可用于生物技術(shù)和生物醫(yī)藥應(yīng)用，例如DNA、RNA和蛋白質(zhì)的指紋鑒定、DNA測序、DNA分類等。
[0109]公開的系統(tǒng)和方法可用于刑偵應(yīng)用，例如，通過唾液測試、尿液測試或粉末測試進(jìn)行毒品的測試和篩查，偽簽字鑒別；通過DNA公布圖進(jìn)行人類個體鑒別和篩查；鑒定顯微涂料碎片、纖維鑒定等。公開的系統(tǒng)和方法可通過基于根據(jù)本發(fā)明的陣列裝置開發(fā)的拉曼方法，用于人類體液測試或/和呼吸測試進(jìn)行毒品篩查。
[0110]公開的系統(tǒng)和方法適用于食品、水果和飲料監(jiān)測和篩查應(yīng)用，監(jiān)測氣體、液體、粉末、凝膠、氣霧劑或固體狀態(tài)中的化學(xué)物質(zhì)，包括但不限于乙烯，用于存儲水果和蔬菜使其具有更長保存期的應(yīng)用；在食品安全方面，利用基于根據(jù)本發(fā)明開發(fā)的拉曼方法監(jiān)測和篩查有害化學(xué)物質(zhì)，有害化學(xué)物質(zhì)包括但不限于殘留農(nóng)藥殺蟲劑(例如甲胺磷、氯氰菊酯、溴氰菊酯、孔雀石綠等)、二氧(雜)芑、非法人工添加物(例如蘇丹紅I號、蘇丹紅II號、蘇丹紅III號、蘇丹紅IV號等)、食品加工副產(chǎn)品(例如在薯條加工中由于溫度在120°c以上而形成的丙烯酰胺)。那些化學(xué)物質(zhì)包括但不限于丙烯酰胺、孔雀石綠等。受調(diào)查的食品包括但不限于薯條、炸薯條、炸土豆、土豆脆片、曲奇(牛油餅干)、薄脆餅、谷類產(chǎn)品、脆面包、面包、咖啡、吐司(烤面包片)、烤堅果、餅干、巧克力、爆米花以及包括魚的水產(chǎn)品等。
[0111]公開的系統(tǒng)和方法也適用于鑒定及檢測食品包裝工藝和制備材料，包括但不限于鑒定和監(jiān)測用于微波加熱食品包裝、廚房用薄膜、食品包裝、加工和制備材料的聚氯乙烯(PVC)和鄰苯二甲酸鹽材料。
[0112]公開的系統(tǒng)和方法適用于篩查偽造商品和材料，包括但不限于藥物、藥品、奶粉、食用油、酒、寶石、流通票據(jù)、偽造的墨水簽名、藝術(shù)品、汽油等。
[0113]公開的系統(tǒng)和方法適用于工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全的監(jiān)測。應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于為了產(chǎn)品質(zhì)量、氣體和濕法化學(xué)加工生產(chǎn)線的工藝和生產(chǎn)安全進(jìn)行的過程控制，例如煉油廠、化工廠、無塵室內(nèi)的半導(dǎo)體濕化學(xué)加工線、飛機(jī)和航天飛機(jī)、游艇、輪船和潛艇等。
[0114]公開的系統(tǒng)和方法適用于化學(xué)物質(zhì)的定位。例如檢測器或檢測器網(wǎng)絡(luò)可放在不同的位置，包括但不限于醫(yī)生診所辦公室、外科手術(shù)室、購物中心、公共渡假區(qū)、建筑物、海關(guān)、公路檢查站、港口、機(jī)場、車輛、游艇和輪船、飛機(jī)、航天飛機(jī)、工業(yè)加工點、研發(fā)研究實驗室、質(zhì)量控制辦公室、大學(xué)實驗室和辦公室、地表水、井、地下水、由操作人員手持等。
[0115]化學(xué)物質(zhì)檢測應(yīng)用工程，現(xiàn)場不僅僅放置一個單獨(dú)的化學(xué)物質(zhì)檢測器，而是設(shè)計及排列化學(xué)物質(zhì)檢測器網(wǎng)絡(luò)以覆蓋應(yīng)用區(qū)域，其中所有檢測器由與光纖或/和無線系統(tǒng)連接的子-監(jiān)控中心控制器和主-監(jiān)控中心控制器控制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常結(jié)果時，警報信號自動觸發(fā)，其形式包括但不限于在計算機(jī)或個人數(shù)字助理(PDA)屏幕上的紅色閃爍，重要區(qū)域中的警報聲、向重要人員發(fā)送警報電子郵件、觸發(fā)電話至重要人員的手機(jī)等。異常結(jié)果可分級成不同的風(fēng)險級別，例如綠(安全)、藍(lán)、黃、橙、紅(最危險)。
【具體實施方式】
[0116]本發(fā)明將在以下示例中進(jìn)一步描述，但不限制權(quán)利要求書中所描述的本發(fā)明的范圍。
[0117]示例 I
[0118]通過陽極氧化法制備納米表面陣列
[0119]通過娃(100)晶片的電子束蒸發(fā)沉積Ti薄膜(約IOOnm),接著沉積Ag(約lOOnm)。然后利用物理汽相沉積方法將約500nm Al層沉積到Ag薄膜之上。
[0120]然后被涂敷的Si晶片被放進(jìn)具有約0.3M草酸溶液作為電解溶液的陽極氧化電鍍槽。該電鍍槽維持在約10°c，且陽極氧化電壓設(shè)置在約35V。陽極氧化之后，納米尺寸的狹窄的小孔在Al2O3層中形成。小孔(或孔)的直徑可通過將晶片放入約lOwt.%磷酸溶液中來拓寬。Al2O3層中的納米孔結(jié)構(gòu)作為用于蝕刻活性金屬層或沉積活性金屬層的掩膜。這樣，在移除氧化的Al層之后形成了納米表面陣列。
[0121]示例2
[0122]用于制造納米表面陣列的納米壓印光刻
[0123]納米壓印的第一步是將模壓入襯底上澆鑄的薄的抗蝕劑。此步驟的目的在于將模上的納米結(jié)構(gòu)復(fù)制到抗蝕劑膜中。第二步是蝕刻該抗蝕劑膜以在襯底上形成納米結(jié)構(gòu)。
[0124]在Si晶片上使用電子束光刻和反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，利用具有30nm特征尺寸的納米點陣列對模進(jìn)行構(gòu)圖。在涂敷了 Au的Si (100)晶片上，PMMA被用作抗蝕劑。薄的Ti層被插在Au和Si之間以增強(qiáng)粘附。在真空中，在PMMA的玻璃化溫度之上約160°C，約1000帕斯卡(psi)壓強(qiáng)下進(jìn)行壓印過程。當(dāng)來自模的圖案被轉(zhuǎn)移到涂敷了 Au的Si (100)后，使用氧化反應(yīng)離子蝕刻(RIE)除去PMMA壓緊區(qū)域中殘留的抗蝕劑。然后，圖案被蝕刻到Au月吳中。在移除PMMA后，在Au中形成了納米_孔陣列。
[0125]示例3
[0126]I)納米陣列的示例
[0127]圖24是這種納米表面陣列的掃描電子顯微圖像的一個示例。左圖示出了具有17nm直徑及約30nm間距的納米-孔陣列。右圖示出了具有38nm直徑和約IOnm間距的納米-孔陣列。2)使用納米-孔陣列的表面增強(qiáng)的拉曼的示例
[0128]拉曼散射系統(tǒng)，如圖23B所示，包括硅上的拉曼納米表面陣列，半導(dǎo)體激光器，能夠采集表面上的反射光。采樣方法包括:將陣列放入液體容器或氣體探針室；可只是水平平放，然后將液體化學(xué)物質(zhì)注入到表面上；或者陣列由一玻璃或聚合體的層所覆蓋而沒有物理接觸，液體或氣體樣品通過一微流控通道注入。
[0129]圖23C示出了二甲苯的拉曼光譜。在此示例中，間-二甲苯、鄰-二甲苯、對-二甲苯以及混合二甲苯的拉曼光譜被分別示出。如圖23C所示，每種化學(xué)物質(zhì)具有其自身的化學(xué)光譜指紋圖譜，盡管那些不同二甲苯的質(zhì)量是完全相同的。另一方面，混合二甲苯的拉曼光譜示出這3個不同二甲苯具有較弱的干擾效應(yīng)。然后，每種化學(xué)物質(zhì)可被區(qū)別地鑒定，因此，拉曼光譜是具有光譜指紋能力的最好的化學(xué)物質(zhì)鑒定方法之一。
[0130]使用主要的殺蟲劑，神經(jīng)制劑類似物甲胺磷(MAP)進(jìn)行了另一個實驗；痕量的化學(xué)物質(zhì)被分別弓I入液相和氣相中。這些樣品的SERS光譜與MAP純樣品的SERS光譜進(jìn)行對t匕。如圖25所示，液體樣品和固體樣品都示出了 MAP光譜指紋特性。證明甲胺磷蒸汽檢測靈敏度優(yōu)于十億分之40 (40ppb)。
[0131]檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
[0132]在一些實施例中，檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2600包括監(jiān)控中心2610、移動檢測器2620和分析實驗室2630。監(jiān)控中心2610可由負(fù)責(zé)食品安全、環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)、公共健康、公共安全和危機(jī)準(zhǔn)備及警報機(jī)構(gòu)等的政府運(yùn)行。監(jiān)控中心2610可作為管理食品、飲料、醫(yī)藥、石油產(chǎn)品及其他工業(yè)產(chǎn)品、商業(yè)產(chǎn)品的分配中心等工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制的獨(dú)立機(jī)構(gòu)運(yùn)行。移動檢測器2620包括由檢查人員攜帶的便攜式檢測器或汽車上的檢測系統(tǒng)，適合于采集和檢測本領(lǐng)域的有害物質(zhì)。移動檢測器可被放置在食品和其他商品的分配中心、雜貨商店、購物中心、電影或體育設(shè)備或公路上的檢查站或邊境管制處、機(jī)場、汽車站、地鐵和火車站等。移動檢測器2620包括探針2621和ID閱讀器2625。
[0133]移動檢測器2620，如圖27所示，包括探頭2720和鄰近探頭2720放置的檢測器2730。檢測器2730A包括能夠吸附樣品或周圍環(huán)境中物質(zhì)的分子的納米結(jié)構(gòu)表面。檢測器2730中的納米結(jié)構(gòu)表面包括活性SERS納米表面陣列和襯底上的非活性SERS納米陣列或襯底表面的納米顆粒，如上述公開的與圖1-25相關(guān)的。檢測器2730還包括溶液中的納米顆粒，其中樣品被引入溶液以允許樣品分子被吸附到納米顆粒上。探頭2720包括緊湊的激光器2721 (例如，半導(dǎo)體激光器)，被設(shè)置用來照射激光束到吸附在檢測器2730上的樣品分子上。探頭2720進(jìn)一步包括采集光學(xué)裝置2722，能夠采集來自吸附在納米結(jié)構(gòu)表面上的樣品分子的散射光。散射光包含了樣品分子的信息。探頭2720還包括緊湊的光譜儀2740，被設(shè)置用來生成由探頭2720采集的散射光的光譜。光譜數(shù)據(jù)從光譜儀2740輸出到無線通信電路2745。該無線通信電路2745包括一射頻(RF)收發(fā)機(jī)，一個或多個放大器和阻抗匹配電路。無線通信電路2745與天線2711連接，該天線2711被設(shè)置用來通過無線網(wǎng)絡(luò)2628(圖26)傳輸光譜數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心2610。通信可根據(jù)安全協(xié)議被加密。
[0134]ID閱讀器2625可有不同的形式，例如，包括非接觸式閱讀器，例如RFID閱讀裝置、移動手機(jī)、照相手機(jī)、條形碼掃描儀、圖像目標(biāo)鑒別系統(tǒng)及致力于檢查和監(jiān)測目的的計算裝置等。ID閱讀器2625可與光譜儀2740和探頭2720聯(lián)合或獨(dú)立，并與無線通信電路2745有線或無線通信。在一些實施方式中，無線通信電路2745與ID閱讀器2625(和顯示器2750)結(jié)合。光譜儀被連接到或是與ID閱讀器2625進(jìn)行無線通信。
[0135]ID閱讀器2625能夠接收樣品的鑒定信息，例如產(chǎn)品型號、批號、樣品和物質(zhì)檢測的位置、樣品來源信息例如食物來自的原始農(nóng)場或牧場或食物產(chǎn)品的制造商、運(yùn)送信息(如汽車、火車、輪船、飛機(jī))以及樣品物質(zhì)的目的地。鑒定能夠以ID條形碼、2D條形碼(例如矩陣條形碼)、字母數(shù)字號碼、文本等形式被接收。樣品ID信息聯(lián)合各自樣品的光譜數(shù)據(jù)被傳輸?shù)奖O(jiān)控中心2610。ID閱讀器2625也可以從運(yùn)輸人員、分配人員或制造商接收有關(guān)應(yīng)用到被檢測的食品上的農(nóng)藥和殺蟲劑、動物飼料和使用到被檢查的動物、家禽(肉和蛋。)和水產(chǎn)品上的抗生素的信息的樣品信息。
[0136]移動檢測器2620包括顯示器2750，用來顯示引導(dǎo)光譜測量的指令和來自監(jiān)控中心2610的信息。移動檢測器2620包括可與ID閱讀器2625結(jié)合或作為獨(dú)立裝置的數(shù)字或錄像照相機(jī)2760。相機(jī)2760能夠為商品照相，相片包含樣品材料、運(yùn)輸樣品材料的汽車牌號、樣品或產(chǎn)品ID、駕照等。相機(jī)2760能夠連續(xù)拍攝某一場所的視頻圖像以檢測與有害材料的檢測相關(guān)的可疑人員。
[0137]移動檢測器2620可被放置在距監(jiān)控中心2610較短范圍內(nèi)(例如，幾百碼或幾英里之內(nèi))，以允許包含光譜數(shù)據(jù)的無線信號按照一無線通訊協(xié)議來傳送，例如WiMaX、WiBro、WiF1、WLAN、802.11,802.16及其他的無線通訊協(xié)議。移動檢測器2620也可離監(jiān)控中心2610較遠(yuǎn)，其中包含光譜數(shù)據(jù)的無線信號可以利用無線通訊標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議來傳送，例如3G、4G、全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)(GSM)、通用移動電信業(yè)務(wù)(UMTS)和碼分多址(CDMA)。GSM包括GPRS、EDGE和CSD。UMTS包括寬帶碼分多址(WCDMA)、高速分組接入(HSPA)、高速下行鏈路分組接入(HSDPA)、通用移動通信系統(tǒng)時分雙工(UMTS-TDD)和長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)。CDMA包括CDMA2000和超移動寬帶(UMB)。
[0138]參考圖26，分析實驗室2630可用于詳細(xì)分析或從田地或大型工業(yè)制造場地或有大量樣品需要被分析的分配中心采集的有害物質(zhì)。分析實驗室2630包括一個或多個探針2631及一個或多個ID閱讀器2635。探針2631和ID閱讀器2635具有與圖27所示的相似的結(jié)構(gòu)。探針2631和ID閱讀器2635可與監(jiān)控中心2610通信，并發(fā)送樣品的光譜數(shù)據(jù)和樣品ID信息到監(jiān)控中心2610。
[0139]在一些實施方式中，參考圖28，探針網(wǎng)絡(luò)可被放置在雜貨商店、購物商場、運(yùn)輸站、邊境管制、公路檢查站、港口、工業(yè)場所、學(xué)?；蛩吹?，如以上所述。每個探針包括檢測器和探頭。檢測器包括分子可吸附上的納米結(jié)構(gòu)表面。探頭被設(shè)置用來發(fā)射激光束及釆集來自被檢測器釆集的分子的散射光。探針包括光譜儀，用于生成光譜數(shù)據(jù)，例如來自散射光的拉曼光譜。ID閱讀器能夠接收樣品、制造商、樣品分配人員和運(yùn)輸人員和/或樣品目的地的鑒別信息。
[0140]網(wǎng)絡(luò)中的檢測器從樣品或它們各自環(huán)境中捕獲物質(zhì)(步驟2810)。樣品包括食物、飲料、藥物、生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)、來自環(huán)境的水、空氣和土壤樣品及用于刑偵和安全檢查的樣品。有害的或危險的物質(zhì)包括非法添加劑、農(nóng)藥殘留、食(物產(chǎn))品中的殺蟲劑和抗生素、違法藥品、炸藥和易燃的材料、毒氣和其他有害的化學(xué)物質(zhì)和傳染性的病毒和細(xì)菌。
[0141]特殊地，樣品材料可以從食(物廣)品例如乳制品、糖果、曲奇、飲料、酒、肉、海產(chǎn)食品、荼、新鮮或罐裝的蔬菜、水果、谷類食品、玉米片、炸土豆片或含蛋白食品。乳制品包括牛奶、奶粉、奶酪、含奶酪蛋糕、酸奶酪、冰淇淋、含奶糖果、或曲奇，其中有害物質(zhì)包括三聚氰胺(melamine)、三聚氰胺氰尿酸酯(melamine cyanurate)、甜蜜素(sodiumcyclamate)、環(huán)己基氨基磺酸鈉(sodium cyclohexylsulfamate)、鹿糖、淀粉、亞硝酸鹽(nitrite)、硝酸鹽(nitrate)、硫化物(sulfide)、蘇丹紅I號、II號、III號和IV號、孔雀石綠、甲胺磷(methomidophos)、乙酰甲胺磷(acephate)、DDT (二氯二苯三氯乙焼)、DDV (敵敵畏)、馬拉硫磷(malathion)、殺螟硫磷(fenitrothion)、呋喃丹(carbofuran)、溴鼠隆(brodifacoum)、四亞甲基二諷四胺(tetramethylenedisulfotetramine，俗稱毒鼠強(qiáng))、氟代醋酸鈉(sodium fluoroacetate)、氟乙酰胺(fluoroacetamide)、氯敵鼠(chlorphacinone)、殺鼠酮(pindone)、雙苯殺鼠酮(diphacinone)、阿米曲拉(amitraz)、久效憐(monocrotophos)、甲拌憐(phorate)、乙拌憐(disulfoton)、亞胺硫憐(phosmet)、對硫磷(parathion)、倍硫磷(fenthion)、磷胺(phosphamidon)、二嗪農(nóng)(diazinon)、涕滅威(aldicarb)、敵百蟲(trichlorfon)、艾氏劑(aldrin)、苯達(dá)松除草劑(bentazone)、溴氰菊酯(deltamethrin)、氯氰菊酯(cypermethrin)、甲基對硫磷(methyIparathion)、亞胺硫憐(phosmet)、樂果(dimethoate)、硝基呋喃(nitrofuran)、呋喃唑酮(furanzolidole)、氯霉素(chloramphenicol)、氯四環(huán)素(chlortetracycline)、環(huán)丙沙星(ciprofloxacin)、氨哮素(clenbuterol)、萊克多巴胺(ractopamine)，乙基環(huán)丙沙星(enorfloxacin)、羅丹明B (Rhodanmine B)、安息香酸(benzoic acid)(有時可從奶制品中找到)、連二亞硫酸(hyposulfurous acid)、甲醒鈉(sodium formaldehyde)、甲醒(formaldehyde)、鄰苯二 甲酸鹽(phthalates)、二卩惡英(dioxins)、水中的鉛(Pb)、鎘(Cd)、萊(Hg)、砷(As)、絡(luò)(Cr)、氰化物(cyanides)、氯酸鹽(chlorates)、硫酸鹽(sulfates)、堿性橙(chrysoidine G)、硼酸(boric acid)和硼砂(borax)、硫氰酸鈉(sodium sulfocyanate)、鉛絡(luò)綠(lead chromegreen)、堿性嫩黃O (basic Flavine 0)、工業(yè)甲醒和氫氧化鈉、一氧化碳、硫酸鈉、工業(yè)硫磺(industrial sulfur)、工業(yè)染料、S粟殼(fructus papaveris)、水平過量的食品著色劑(胭脂紅、檸檬黃、誘惑紅AC(allura red AC)、晚霞黃等等)、食品防腐劑、甜味劑(例如糖精鈉、環(huán)已基氨基磺酸鈉)、乳化劑(脂肪酸的蔗糖酯等)、過量膨松劑(KA1S04、NH4AlSO4等)、漂白劑、硫磺熏蒸(sulfer suffumigation)、護(hù)色劑(硝酸酯、亞硝酸鹽等等)、TiO2、過氧化苯甲酰(benzoyl peroxide)、輕乙喹氧(olaquindox)、氯霉素和 KA1S04。
[0142]捕獲的物質(zhì)的分子被吸附到檢測器的納米結(jié)構(gòu)表面上。接著進(jìn)行樣品鑒定(步驟2820)。樣品鑒定包括鑒別樣品、來源、分配渠道和方法、樣品目的地的信息。[0143]接著從吸附到檢測器的納米結(jié)構(gòu)表面上的分子獲得光譜數(shù)據(jù)(步驟2830)。如以上所述，由探針組件(如圖22所示)中的激光器發(fā)射激光束，以照射吸附到檢測器的納米結(jié)構(gòu)表面上或樣品溶液中的分子。由探針組件采集分子散射的光。光譜數(shù)據(jù)利用探針組件中的光譜儀從散射光中獲得。光譜數(shù)據(jù)的一個示例是拉曼光譜。檢測器上的納米結(jié)構(gòu)表面向拉曼光譜中的信號強(qiáng)度提供表面增強(qiáng)。樣品捕獲和光譜數(shù)據(jù)可按每個樣品或周期性(例如在I分鐘、10分鐘、15分鐘或I小時間隔)傳導(dǎo)。
[0144]光譜數(shù)據(jù)和樣品鑒定接下來通過有線的、無線的或其他的媒介從檢測器傳導(dǎo)至監(jiān)控中心(步驟2840)。參考圖26和28，監(jiān)控中心2610包括通信裝置，例如被設(shè)置用來和移動檢測器2620和分析實驗室2630通信的服務(wù)器2640?？刂破?650能夠操縱往來移動檢測器2620和分析實驗室2630的數(shù)據(jù)，并能夠在存儲在數(shù)據(jù)庫2670中的預(yù)定準(zhǔn)則下，控制光譜分析儀2660、數(shù)據(jù)庫2670、警報響應(yīng)系統(tǒng)2680和審查系統(tǒng)2690的各種任務(wù)。
[0145]數(shù)據(jù)庫2670存儲與有害物質(zhì)關(guān)聯(lián)的光譜信號。光譜分析器能夠鑒別光譜數(shù)據(jù)中已知有害物質(zhì)的光譜信號，確定樣品中有害物質(zhì)的有無(步驟2850)。在控制器2650的控制下，光譜分析的結(jié)果被存儲在與各自樣品ID相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫2670中。數(shù)據(jù)庫2670能夠存儲不同制造商、生產(chǎn)者、分配渠道、零售商、雜貨商店等記錄?？筛l繁的檢查有問題的實體或場所。
[0146]如果在光譜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)一個或多個與有害物質(zhì)關(guān)聯(lián)的光譜信號，在產(chǎn)品樣品中的有害物質(zhì)被鑒別(步驟2850)。該結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫2670中。控制器2650可請求分析實驗室2630確認(rèn)該發(fā)現(xiàn)?？刂破?650能夠指示警報響應(yīng)系統(tǒng)2680向操作者、移動檢測器2620及本領(lǐng)域其他移動裝置、樣品產(chǎn)品的分配渠道檢查點、樣品產(chǎn)品的目的地、或樣品產(chǎn)品的地理位置發(fā)出警報(步驟2860)。警報消息可被顯示在移動檢測器2620的顯示器2750上，以便本領(lǐng)域操作者能采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如停止包含被檢測到有害物質(zhì)的許多材料的出貨。警告信號的形式可以是電子郵件、正文消息和文本式報文和語音電話等。
[0147]警報響應(yīng)系統(tǒng)2680能夠生成“高危險目標(biāo)物名單”用于被檢測的有害物質(zhì)和基礎(chǔ)材料、和與有害物質(zhì)相關(guān)的運(yùn)輸車輛、分配渠道和生產(chǎn)來源?！案呶ｋU目標(biāo)物名單”被存儲在數(shù)據(jù)庫2670中，經(jīng)允許檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2600在后來能夠更頻繁的檢測“高危險目標(biāo)物名單”上的樣品。
[0148]緊急程度可以用例如綠色(安全)、藍(lán)色、黃色、橙色、紅色(最危險)表示的不同危險度來進(jìn)行分類。警報信號可包括危險物質(zhì)當(dāng)前和/或預(yù)期的位置，以及帶有危險物質(zhì)的嫌疑人或貨物的外形信息。相關(guān)人員接到警報，派遣治安保衛(wèi)人員到危險物質(zhì)處，開始進(jìn)行疏散。
[0149]如果在一產(chǎn)品的樣品中沒有找到有害物質(zhì)，審查系統(tǒng)2690可認(rèn)定樣品為未檢出有害物質(zhì)的；該結(jié)果同樣被存儲在用于記錄的數(shù)據(jù)庫2670 (步驟2870)。
[0150]在一些實施方式中，危險的/有害的物質(zhì)的位置和時間可通過檢測器的位置和有害物質(zhì)檢測的捕獲時間相關(guān)聯(lián)。通過檢測器的位置可以測定一固定的危險物質(zhì)的位置。包括危險物質(zhì)的移動的樣品的位置和捕獲時間可生成一移動路徑，以預(yù)測樣品的目的地，使其被截取。在一些實施方式中，由檢測器采集的光譜數(shù)據(jù)可以與從光譜檢測器周邊場景采集到的圖象資料聯(lián)系起來。例如，置于探針附近的數(shù)字或錄像照相機(jī)2760能夠?qū)Υ龣z的人或行李拍照。待檢的人或行李的照片可與危險物質(zhì)的位置相關(guān)連被存儲及報告，以準(zhǔn)備作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。
[0151]以上公開的系統(tǒng)和方法具有廣泛的應(yīng)用。在一示例中，肉、蔬菜、水果和其他食物產(chǎn)品的分配中心可包括監(jiān)控中心(如圖26所示)及多個檢查人員，其中每人攜有(或佩戴)一個移動檢測器。分配中心可包括一個分析實驗室或可使用場外分析實驗室的服務(wù)。食物產(chǎn)品例如奶制品、肉和蔬菜可通過大卡車(例如，20噸型卡車)從食品制造廠、蔬菜、果園、農(nóng)場、乳牛場、牧場等運(yùn)送到分配中心。檢查人員能夠接收每個食物產(chǎn)品、司機(jī)和車輛信息及產(chǎn)品的來源和目的地的鑒別。當(dāng)產(chǎn)品從大卡車上卸下時，檢查人員能夠直觀地檢查食物產(chǎn)品并對引入的食物產(chǎn)品采樣用于光譜檢測。鑒別信息和光譜數(shù)據(jù)被立刻無線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心用于光譜分析。數(shù)據(jù)被存儲到數(shù)據(jù)庫中。通過檢查的食物產(chǎn)品將被審查合格。然后這些食物產(chǎn)品被分成小批并裝載到小卡車上(例如2噸型卡車)以被運(yùn)送到零售場所，例如雜貨商店、超市、飯店和大的零售商店，例如好市多(Costco)、沃爾瑪(Wal-Mart)或太吉(Target)。有問題的產(chǎn)品可被保留用于在實驗室中做進(jìn)一步分析。如果有害物質(zhì)被確定，食物產(chǎn)品可被阻止或銷毀。一旦鑒別信息被存儲，食物來源就能立刻獲知。檢查人員可被派送到食物產(chǎn)品被生產(chǎn)的場所，且警告消息可被發(fā)送到其他可能從同一來源接收食物產(chǎn)品的分配中心。
[0152]在另一示例中，公開的檢測系統(tǒng)可被用來檢測及避免傳染性疾病例如SARS在廣闊區(qū)域內(nèi)的傳播。公開的檢測系統(tǒng)可被用來檢測環(huán)境中的污染物，及檢測化學(xué)和生物試劑用于預(yù)防和抵御恐怖分子襲擊。例如，公開的檢測系統(tǒng)可被安置在水處理系統(tǒng)，包括水庫、運(yùn)河、水處理廠和河流。公開的檢測系統(tǒng)可被用于檢測環(huán)境中的化學(xué)變化以預(yù)測地震或檢測化學(xué)變化以在地震后采取措施。
[0153]在一些實施方式中，移動檢測器2620中的探針2621和分析實驗室2630中的探針可包括其他類型的檢測器。例如，探針2621,2 631可包括化學(xué)或生物的免疫測定以檢測有害的生物和化學(xué)物質(zhì)。生物免疫測定被設(shè)置用來保存多種抗體，其中每種被特定用來與目標(biāo)抗原結(jié)合，該抗原可能是有害的生物和化學(xué)物質(zhì)的部分或與之相關(guān)聯(lián)。同樣地，生物免疫測定能保存多個抗原，其中每種被特定用來與目標(biāo)抗體結(jié)合，該抗體可能是有害的生物和化學(xué)物質(zhì)的部分或與之相關(guān)聯(lián)。在生物免疫測定中抗原-抗體特定配對的結(jié)合，可作為有害的抗原或抗體物質(zhì)的陽性鑒別，通過光譜分析例如拉曼光譜儀檢測到。光譜信號能夠指示出多個抗體之一與特定抗原的結(jié)合。
[0154]在另一示例中，移動檢測器2620中的探針2621和分析實驗室2630中的探針2631可使用酶抑制方法。蔬菜通常包含可能含有有機(jī)磷的殺蟲劑的殘留。由有機(jī)磷引起的酶抑制可通過光譜分析，如拉曼光譜檢測。光譜信號能夠指示出由樣品材料中的有害物質(zhì)引起的酶抑制，被用作檢測蔬菜和水果中殘留殺蟲劑的指示。在一些實施方式中，參考圖29，檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2900可包括監(jiān)控中心2610、261OA、261OB……的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個與移動檢測器2620或固定的檢測器通信。檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2900可包括一個或多個分析實驗室2930與監(jiān)控中心2610、2610A、2610B……進(jìn)行有線或無線通信。檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2900可包括中央數(shù)據(jù)庫來追蹤來自所有監(jiān)控中心2610、2610A、2610B……的檢測數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)能夠在覆蓋一大片區(qū)域，例如國家、省、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)、城市，檢測站或移動工具的監(jiān)控中心之間交叉共享。監(jiān)控中心2610、2610A、26IOB……中的控制器和處理器以云計算的模式處理數(shù)據(jù)。資格審查和警告可在廣闊的區(qū)域被執(zhí)行。廣域警報響應(yīng)系統(tǒng)與多個監(jiān)控中心通信。警報響應(yīng)系統(tǒng)被設(shè)置用來在一個或多個監(jiān)控中心中的樣品材料中檢測到有害物質(zhì)時，發(fā)出有關(guān)樣品材料的警報信號。
[0155]警報響應(yīng)系統(tǒng)2900可包括檢查的不同階段:有害物質(zhì)的第一階段的檢查:使用實地的及高通量檢測方法，例如拉曼和表面增強(qiáng)拉曼方法、酶抑制方法及化學(xué)或生物免疫測定方法，來篩查分配渠道、存儲區(qū)域和后期分配中心的大量高流通率貨物(例如:食物、飲料、水、藥品原材料、人或動物的體液樣品等)。少量樣品(例如，0.1%-1%的樣品)可被送至分析實驗室2630。分析實驗室2630可具有其他實驗設(shè)備例如高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)、離子色譜(1C)、離子遷移譜(IMS)、原子吸收光譜(AAS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)等，用于附加的分析以確定有害物質(zhì)的存在。
[0156]檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2900可包括不同的審定級別:檢查點處的一級(測試站或檢查移動工具)，通過網(wǎng)絡(luò)連接一級檢查點的二級，城市檢測和控制中心的三級，縣檢測和控制中心的四級，省/州檢測和控制中心的五級,及中央政府檢測和控制中心的六級。檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2900能追溯被檢測有害物質(zhì)的分配渠道及生產(chǎn)來源，因而事件檢測和控制中心能夠以時間函數(shù)發(fā)現(xiàn)完整的渠道和地區(qū)，以便能立即采取行動將該事件的影響減到最小。應(yīng)當(dāng)理解的是，之前的描述和示例，敘述語言有限和精細(xì)的解釋旨在更好的舉例說明本發(fā)明，而非是用作限制發(fā)明人預(yù)期的發(fā)明范圍或以任何方式進(jìn)行限定。應(yīng)該清楚的是，本發(fā)明可用除之前的描述和示例的特殊說明之外的方式被實施。根據(jù)以上的教導(dǎo)，本發(fā)明許多更改與變化都是可能的，因此，都在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于監(jiān)控有害物質(zhì)的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括: 多個探針組件，每個探針組件包括: 一檢測器，包括納米結(jié)構(gòu)表面，被設(shè)置用來吸附檢測器附近捕獲到的樣品物質(zhì)的分子; 一激光器，被設(shè)置用來發(fā)射激光束以照射納米結(jié)構(gòu)表面吸附的分子； 一光譜儀，被設(shè)置用來根據(jù)吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子的散射光生成光譜數(shù)據(jù)；以及一 ID閱讀器，被設(shè)置用來接收樣品材料的鑒別信息；以及一監(jiān)控中心，與多個探針組件通信，包括: 一計算機(jī)存儲器，被設(shè)置用來存儲一個或多個光譜信號，每個光譜信號與有害物質(zhì)和樣品材料的鑒別信息相關(guān)聯(lián)； 一通信裝置，被設(shè)置 用來接收來自多個探針組件的光譜數(shù)據(jù)和鑒別信息； 一光譜分析儀，被設(shè)置用來確定光譜數(shù)據(jù)中，與存儲在數(shù)據(jù)庫中光譜特征中至少一個相匹配的光譜特征，從而鑒別樣品材料中與光譜特征之一相關(guān)聯(lián)的有害物質(zhì)；以及 一警報響應(yīng)系統(tǒng)，與光譜分析儀通信，其中警報響應(yīng)系統(tǒng)被設(shè)置用來在樣品材料中的有害物質(zhì)被鑒別時，發(fā)送與樣品材料有關(guān)的警報信號。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述鑒別信息包括產(chǎn)品型號、批號、樣品物質(zhì)采集的位置、樣品來源、分配和樣品材料目的地。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控中心進(jìn)一步包括一控制器，被設(shè)置用來利用從多個探針組件中的兩個或更多的組件獲得的光譜數(shù)據(jù)并利用多個探針組件中的兩個或更多的組件的位置來推測樣品物質(zhì)在特定時間的位置。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述多個探針組件被安裝在建筑物、機(jī)場、海關(guān)、貨物或行李的運(yùn)輸系統(tǒng)、醫(yī)生或健康顧問的辦公室、公路上的檢測站、海港、汽車中、輪船、潛艇、飛機(jī)、火車、地鐵、工廠、渡假區(qū)、實驗室、學(xué)校、商場或水源。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜數(shù)據(jù)包括拉曼光譜。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器中的納米結(jié)構(gòu)表面包括三維結(jié)構(gòu)，每維具有l(wèi)_300nm寬度。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，多個納米結(jié)構(gòu)包括襯底上的凹陷、納米柱、或納米孔中的至少一個或溶液中的納米顆粒。
8.如權(quán)利要求6所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，相鄰納米結(jié)構(gòu)的間距為l-1000nm。
9.如權(quán)利要求6所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)的高度為l-1000nm。
10.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器包括一襯底，且其中所述納米結(jié)構(gòu)表面包括引入到襯底上的納米顆粒。
11.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器中的納米結(jié)構(gòu)包括: 具有活性納米表面的活性材料；及 鄰近活性納米表面的具有非活性納米表面的非活性材料，其中活性納米表面的寬度為l_300nmo
12.如權(quán)利要求11所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器包括: 一襯底，包括非活性材料；及 一第一層，包括覆蓋在襯底上的活性材料，其中所述第一層包括暴露襯底的多個凹陷。
13.如權(quán)利要求11所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述活性材料包括金屬材料。
14.如權(quán)利要求11所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述活性材料選自銀、金、銅、鉬、鋁、鐵、鈷、鎳、釕、銠和鈀及其組合。
15.如權(quán)利要求11所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述非活性材料包括絕緣體。
16.如權(quán)利要求15所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述非活性材料選自氧化硅、氧化招、氮化娃、氧化鉭及氧化鈦。
17.如權(quán)利要求11所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器進(jìn)一步包括位于第一層之上的吸附層。
18.如權(quán)利要求17所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述吸附層的材料選自二氧化鈦、二氧化娃、三氧化二招、氮化娃、五氧化二鉭、氧化鋅、氧化錯、氧化鉿、氧化釔、氧化銀、氧化金、氧化錫、氧化銻、摻雜氯化氯化物的金屬、以及聚合材料。
19.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品材料提取自食物產(chǎn)品。
20.如權(quán)利要求19所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述有害物質(zhì)包括三聚氰胺、甜蜜素、環(huán)己基氨基磺酸鈉、蔗糖、淀粉、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫化物、蘇丹紅I號、II號、III號和IV號、孔雀石綠、甲胺磷、乙酰甲胺磷、DDT、DDV、馬拉硫磷、殺螟硫磷、呋喃丹、溴鼠隆、四亞甲基二砜四胺、氟代醋酸鈉、氟乙酰胺、氯敵鼠、殺鼠酮、雙苯殺鼠酮、阿米曲拉、久效磷、甲拌磷、乙拌磷、亞胺硫磷、對硫磷、倍硫磷、磷胺、二嗪農(nóng)、涕滅威、敵百蟲、艾氏劑、苯達(dá)松除草劑、溴氰菊酯、氯氰菊酯、甲基對硫磷、樂果、硝基呋喃、呋喃唑酮、氯霉素、氯四環(huán)素、環(huán)丙沙星、氨哮素、萊克多巴胺、乙基環(huán)丙沙星、羅丹明B、安息香酸、連二亞硫酸、甲醛鈉、甲醛、鄰苯二甲酸鹽、二噁英、水中的鉛、鎘、汞、砷、鉻，氰化物、氯酸鹽、硫酸鹽、堿性橙、硼酸和硼砂、硫氰酸鈉、鉛鉻綠、堿性嫩黃O、工業(yè)甲醛和氫氧化鈉、一氧化碳、硫酸鈉、工業(yè)硫磺、工業(yè)染料、罌粟殼、超劑量水平的食品著色劑、食品防腐劑、甜味劑、乳化劑、過量膨化劑、漂白劑、硫磺熏蒸、護(hù)色劑、二氧化鈦、過氧化苯甲酰、羥乙喹氧、氯霉素或KA1S04。
21.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述有害物質(zhì)包括爆炸性材料、易燃材料、麻醉藥、毒氣、放射性材料或傳染性的病毒和細(xì)菌。
22.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品材料包括從人體或動物中獲得的體液，其中一個或多個光譜信號與基于光譜信號的人或動物中疾病或麻醉藥的使用相關(guān)。
23.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控中心進(jìn)一步包括一資格審查系統(tǒng)，被設(shè)置用來審查樣品材料，其中所述數(shù)據(jù)庫被設(shè)置用來存儲與鑒別信息相關(guān)的審查情況。
24.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，位于多個探針組件中至少一個組件中的ID閱讀器，包括RFID閱讀裝置、移動手機(jī)、照相手機(jī)、條形碼閱讀器和計算輸入裝置。
25.如權(quán)利要求1所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機(jī)存儲器被設(shè)置用來存儲生產(chǎn)、運(yùn)輸、分配或售賣鑒別出有害物質(zhì)的樣品材料的實體的高危險目標(biāo)物名單，以允許多個探針組件更頻繁的跟蹤和檢測這些實體。
26.用于監(jiān)控有害物質(zhì)的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括: 多個探針組件，其中每個組件包括:一檢測器，被設(shè)置用來吸附或與在檢測器附近捕獲到的樣品材料的分子結(jié)合； 一激光器，被設(shè)置用來發(fā)射激光束以照亮吸附到納米結(jié)構(gòu)表面的分子； 一光譜儀，被設(shè)置用來獲得來自吸附在納米結(jié)構(gòu)表面的分子散射光的光譜數(shù)據(jù)；以及 一 ID閱讀器，被設(shè)置用來檢索有關(guān)樣品材料的鑒別數(shù)據(jù)； 多個監(jiān)控中心,被連接到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),其中每個監(jiān)控中心包括: 一計算機(jī)存儲器，被設(shè)置用來存儲一個或多個光譜信號，每個光譜信號與有害物質(zhì)及樣品材料的鑒別信息相關(guān)聯(lián)； 一通信裝置，被設(shè)置用來接收光譜數(shù)據(jù)和來自探針組件中的一個或多個組件的鑒別信息；以及一光譜分析器，被設(shè)置用來確定光譜數(shù)據(jù)中，與存儲在計算機(jī)存儲器中的光譜信號中至少一個匹配的光譜信號，從而鑒別樣品材料中，與光譜信號之一相關(guān)的有害物質(zhì)；以及警報響應(yīng)系統(tǒng)，與多個監(jiān)控中心通信，其中，所述警報響應(yīng)系統(tǒng)被設(shè)置用來在多個監(jiān)控中心中一個或多個中的樣品材料中的有害物質(zhì)被鑒別時，發(fā)送出有關(guān)樣品物質(zhì)的警報信號。
27.如權(quán)利要 求26所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機(jī)存儲器被設(shè)置用來存儲生產(chǎn)、運(yùn)輸、分配或售賣鑒別到有害物質(zhì)的樣品材料的實體的高危險目標(biāo)物名單；以允許多個探針組件更頻繁的跟蹤和檢測這些實體。
28.如權(quán)利要求26所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器包括納米結(jié)構(gòu)表面，其中檢測器中的納米結(jié)構(gòu)表面包括三維結(jié)構(gòu)，每維的寬度為l_300nm，其中多個納米結(jié)構(gòu)包括襯底上的凹陷、納米柱或納米孔中的至少一個或溶液中的納米顆粒。
29.如權(quán)利要求26所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器包括一生物免疫測定，被設(shè)置用來接收多個抗體，每個抗體被設(shè)置用來與有害物質(zhì)中或與有害物質(zhì)相關(guān)聯(lián)的特定抗原結(jié)合，其中光譜信號顯示多個抗體之一與特定抗原的結(jié)合。
30.如權(quán)利要求26所述的檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器包括酶，其中光譜信號顯示由樣品材料中的有害物質(zhì)引起的酶的抑制。
【文檔編號】G01N21/65GK103534577SQ201180068913
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月5日
【發(fā)明者】汪泓, 劉春偉, 郭潯 申請人:歐普圖斯(蘇州)光學(xué)納米科技有限公司