在外部表面上具有表面增強(qiáng)光譜學(xué)分析元件的裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001 ] 在諸如表面增強(qiáng)拉曼光譜學(xué)分析(SERS)之類的表面增強(qiáng)光譜學(xué)分析中，探查分析物上的可振動激發(fā)水平。光子的能量可以漂移與光子激發(fā)的振動水平的量相等的量(拉曼散射)。可以檢測包括對應(yīng)于特定于所探查的分析物的分子振動的帶的波長分布的拉曼頻譜以標(biāo)識分析物。在SERS中，分析物分子與可以或可以未涂覆有諸如二氧化硅、氮化硅和聚合物之類的電介質(zhì)的一旦被光激發(fā)則支持等離子體模式(自由電子密度的集體振蕩，這在金屬納米顆粒周圍創(chuàng)建強(qiáng)近場)的金屬納米顆粒接觸或者與之接近，例如距離小于幾十納米。這些場可以耦合到近場區(qū)中的分析物分子，從而增強(qiáng)來自分析物分子的散射信號的發(fā)射。
【附圖說明】
[0002]通過示例而非限制的方式在以下(多個(gè))附圖中圖示本公開的特征，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，其中:
圖1A示出根據(jù)本公開的示例的用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置的簡化側(cè)視圖；
圖1B示出根據(jù)本公開的示例的沿線A-A取得的圖1A中所描繪的裝置的放大、橫截面視圖；
圖1C示出根據(jù)本公開的另一示例的圖1A中所描繪的裝置的簡化橫截面視圖；
圖2A-2C分別示出根據(jù)本公開的另一示例的用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置的圖；
圖3示出根據(jù)本公開的示例的可以包括用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置和SES裝置的SES系統(tǒng)的圖；
圖4A示出根據(jù)本公開的示例的可以實(shí)現(xiàn)在圖1A-3中所描繪的裝置中的SES元件(在該實(shí)例中為納米指)的陣列的等距視圖；
圖4B和4C分別示出根據(jù)本公開的示例的在納米指倒塌之前和之后沿圖4A中所示的線C-C的橫截面視圖；
圖5示出根據(jù)本公開的示例的用于制作用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置的方法的流程圖；
以及圖6示出根據(jù)本公開的示例的用于使用用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0003]為了簡化和說明性的目的，主要參照其示例來描述本公開。在以下描述中，闡述大量特定細(xì)節(jié)以便提供對本公開的透徹理解。然而，將容易顯而易見的是，本公開可以在沒有對這些特定細(xì)節(jié)的限制的情況下實(shí)踐。在其它實(shí)例中，并未詳細(xì)描述一些方法和結(jié)構(gòu)以免不必要地使本公開晦澀難懂。
[0004]遍及本公開，術(shù)語“一”和“一個(gè)”意圖指代至少一個(gè)特定元件。如本文所使用的，術(shù)語“包括”意味著包括但不限于，術(shù)語“包含”意味著包含但不限于。術(shù)語“基于”意味著至少部分地基于。此外，術(shù)語“光”是指具有在電磁頻譜的可見和非可見部分(包括電磁頻譜的紅外、近紅外和紫外部分)中的波長的電磁輻射。
[0005]本文所公開的是用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置、用于執(zhí)行表面增強(qiáng)光譜學(xué)分析(SES)的系統(tǒng)、用于制作裝置的方法和用于使用裝置執(zhí)行光譜學(xué)分析的方法。本文所公開的裝置可以包括具有插入到試樣中的形狀和大小的細(xì)長襯底，其中細(xì)長襯底具有第一端和第二端。裝置還可以包括在細(xì)長襯底的第一端與第二端之間的位置處定位在細(xì)長襯底的外部表面上的多個(gè)SES元件。根據(jù)示例，裝置還可以包括在將裝置插入和/或植入到試樣中期間保護(hù)SES元件的覆蓋層。覆蓋層可以選擇性地可移除和/或包括大體防止某些顆粒接觸多個(gè)SES元件的多孔膜。
[0006]根據(jù)示例，其上可以提供SES元件的細(xì)長襯底可以是針灸針，其中靠近針灸針的插入尖端提供SES元件。在一方面，SES元件可以以相對簡單的方式定位在試樣的期望位置處。也就是說，與插入針灸針相關(guān)聯(lián)的常規(guī)技術(shù)可以用于插入本文所公開的裝置以將SES元件定位在試樣的期望流體位置中。
[0007]此外，SES元件可以提供在細(xì)長襯底的外圓周周圍。這樣，至少一些SES元件可以接收光照射束(激發(fā)光)而不管細(xì)長襯底插入到試樣中的旋轉(zhuǎn)取向如何。在一方面，例如，如果裝置關(guān)于其中心縱軸旋轉(zhuǎn)，裝置仍舊可以用于執(zhí)行光譜學(xué)分析。
[0008]作為示例，本文所公開的裝置可以實(shí)現(xiàn)在健康和疾病的醫(yī)學(xué)管理中。例如，本文所公開的裝置可以用于執(zhí)行來自生理分析物的生物標(biāo)記物以及對于早期診斷、疫病防治、隔離、監(jiān)視、診斷、治療和健康改善，特別是醫(yī)學(xué)過程和治療的評估和評價(jià)而言關(guān)鍵的生理狀態(tài)的相對快速且精確的剖析(分析)和發(fā)現(xiàn)。如本文所討論的，裝置可以用于實(shí)時(shí)(在線)和/或離線地執(zhí)行光譜學(xué)分析以引導(dǎo)和收集單個(gè)或多個(gè)狀態(tài)和度量的標(biāo)識，以及特定生物標(biāo)記物和原生或人工引入的報(bào)道分子的分布和潛在生物標(biāo)記物的新的或集體的分布圖的發(fā)現(xiàn)。
[0009]首先參照圖1A，示出根據(jù)示例的用于執(zhí)行光譜學(xué)分析的裝置100的簡化側(cè)視圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1A中所描繪的裝置100可以包括附加組件并且本文所描述的一些組件可以被移除和/或修改而不脫離于裝置100的范圍。還應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1A中所描繪的組件未按比例繪制，并且因此，組件可以具有與其中所示的不同的關(guān)于彼此的相對大小。
[0010]—般而言，裝置100可以實(shí)現(xiàn)成執(zhí)行光譜學(xué)分析，其可以包括表面增強(qiáng)拉曼光譜學(xué)分析(SERS)、表面增強(qiáng)發(fā)光檢測、表面增強(qiáng)熒光檢測或其它類型的表面增強(qiáng)光學(xué)增強(qiáng)檢測。在這方面，裝置100可以包括細(xì)長襯底102和多個(gè)表面增強(qiáng)光譜學(xué)分析(SES)元件110。SES元件110已經(jīng)描繪為在細(xì)長襯底102的表面上方延伸一定距離。然而，如以下更加詳細(xì)地討論的，SES元件110可以是相對小的元件，例如具有納米尺度的尺寸，并且因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，在一些示例中，SES元件110可以不像它們在圖1A中所示的那樣可見。這樣，應(yīng)當(dāng)清楚理解的是，SES元件110在圖1A中以及在其它圖中的描繪是出于簡化說明和描述的目的。
[0011]細(xì)長襯底102可以沿橫軸延伸并且可以具有第一端104和第二端106。每一個(gè)SES元件110可以提供在沿著第一端104與第二端106之間的細(xì)長襯底102的多個(gè)位置處的相應(yīng)分組中。圖1A中所描繪的SES元件110可以因此表示SES元件110的相應(yīng)分組，如以下更加詳細(xì)地討論的那樣。
[0012]裝置100可以具有大小、配置，并且可以由使裝置100適合于插入和/或植入到試樣中的材料制成。第一端104還可以具有尖頭端，其一般使得裝置100能夠通過試樣的皮膚層插入。然而，尖頭端可以省略并且裝置100可以通過常規(guī)柱形針灸插入設(shè)備的方式插入。作為特定示例，裝置100的細(xì)長襯底102可以是針灸針并且可以因此以類似于用于將針灸針插入到人體中的那些的方式插入到試樣中。細(xì)長襯底102的第二端106可以包括手柄(未示出)以促進(jìn)將裝置100或裝置102的至少一部分插入到試樣中。
[0013]根據(jù)示例，裝置100可以實(shí)現(xiàn)成執(zhí)行體內(nèi)光譜學(xué)分析，即在將裝置100插入和/或植入到諸如人體、動物、昆蟲、植物、非活體物件等之類的試樣中之后。裝置100可以因此實(shí)現(xiàn)成分析諸如血液、淋巴液、唾液、間質(zhì)液等之類的流體試樣中的諸如分子之類的顆粒。裝置100可以可替換地實(shí)現(xiàn)在不牽涉裝置100的植入的光譜學(xué)分析應(yīng)用中。
[0014]細(xì)長襯底102可以因此包括適合于插入和/或植入到試樣中的任何材料，諸如硅、聚合物、塑料、銀、鈦等。在其它示例中，其中裝置100在不插入和/或植入到試樣中的情況下實(shí)現(xiàn)，細(xì)長襯底102還可以包括其它材料，諸如可能對試樣有毒的材料。根據(jù)示例，細(xì)長襯底102可以具有在大約0.1mm至大約1mm之間的某處的直徑(或?qū)挾?以及在大約Imm至Ij大約10mm之間的某處的長度。此外，SES元件110可以布置成在細(xì)長襯底102的相對小區(qū)段之上延展的分組中。作為示例，SES元件110的每一個(gè)分組可以具有在大約5微米到大約500微米之間的某處的寬度。
[0015]SES元件110可以提供在細(xì)長襯底102的任何表面上。特別地，SES元件110可以以不同分組布置在細(xì)長襯底102上。也就是說，SES元件110的一個(gè)分組可以定位在細(xì)長襯底102上的一個(gè)位置處并且SES元件110的另一分組可以定位在細(xì)長襯底102上的第二位置處。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，裝置100的描繪是出于說明的目的，并且可以做出對裝置100的組件的各種修改而不脫離于裝置100的范圍。例如，多個(gè)SES元件110可以布置成包括交替配置。作為示例，SES元件110的單個(gè)分組可以沿細(xì)長襯底102的表面定位。作為另一示例，SES元件110的附加分組可以沿細(xì)長襯底102的大體整個(gè)長度定位。
[0016]—般而言，SES元件110可以是增強(qiáng)與SES元件110接觸和/或與SES元件110相對接近的顆粒對任何光、熒光、發(fā)光等的發(fā)射，并且因此增強(qiáng)諸如表面增強(qiáng)拉曼光譜學(xué)分析(SERS)、增強(qiáng)光致發(fā)光、增強(qiáng)熒光等之類的顆粒上的感測操作的元件。SES元件110可以包括等離子體納米顆?；蚣{米結(jié)構(gòu)，其可以包括等離子體支持材料，諸如但不限于金(Au)、銀(Ag)和銅(Cu)。SES元件110還可以包括以各種次序或隨機(jī)配置布置在襯底上的結(jié)構(gòu)。
[0017]SES 110元件可以具有納