具有钝化膜的SERS传感器设备制造技术

技术编号:18843666 阅读:19 留言:0更新日期:2018-09-05 08:54
形成表面增强拉曼光谱(SERS)传感设备的方法可以包括提供具有内部微流体通道的主体,所述微流体通道具有被内表面围绕的内部;通过原子层沉积将保形无机钝化膜沉积到内表面上以连续围绕所述内部;和在沉积保形无机膜之后定位SERS传感器与微流体通道连接。

SERS sensor device with passivation film

A method for forming a surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) sensing device may include providing a body with an internal microfluidic channel having an interior surrounded by an internal surface; depositing a conformal inorganic passivation film onto an internal surface to continuously surround the interior by atomic layer deposition; and depositing a conformal inorganic film therein. The post positioned SERS sensor is connected to the microfluidic channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有钝化膜的SERS传感器设备专利技术背景表面增强拉曼光谱(SERS)技术可以利用具有金属尖端的纳米指状物来促进照射该纳米指状物负载的分析物的光之间相互作用的感测。感测的相互作用可用于识别或分析该分析物。附图概述图1是示例性SERS传感设备的透视图。图2是用于形成示例性SERS传感设备的示例性方法的流程图。图3A是用于形成图1的示例性SERS传感设备的示例性主体和微流体通道的顶视图。图3B是沿图3A的线3B-3B采取的主体和微流体通道的截面图。图3C是图3A的主体和微流体通道的末端视图。图4A是涂有示例性钝化膜的图3A的示例性主体和微流体通道的顶视图。图4B是沿图4A的线4B-4B采取的主体和微流体通道的截面图,显示了涂有示例性钝化膜的微流体通道。图4C是涂有示例性钝化膜的图4A的主体和微流体通道的末端视图。图5A是图1的SERS传感设备的顶视图。图5B是沿图5A的线5B-5B采取的SERS传感设备的截面图。图5C是图1的SERS传感设备的末端视图。图6是用于形成SERS传感设备的示例性方法的流程图。图7A是用于形成示例性SERS传感设备的示例性主体和微流体通道的顶视图。图7B是沿图7A的线7B-7B采取的主体和微流体通道的截面图。图7C是沿图7B的线7C-7C采取的主体和微流体通道的截面图。图8A是涂有示例性钝化膜的图8A的示例性主体和微流体通道的顶视图。图8B是沿图8A的线8B-8B采取的主体和微流体通道的截面图,显示了涂有示例性钝化膜的微流体通道。图8C是沿图8B的线8C-8C采取的主体和微流体通道的截面图,显示了涂有示例性钝化膜的微流体通道。图9A是由图7A的主体和微流体通道形成的示例性SERS传感设备的顶视图。图9B是沿图9A的线9B-9B采取的SERS传感设备的截面图。图9C是沿图9B的线9C-9C采取的示例性SERS传感设备的截面图。图10是用于形成示例性SERS传感设备的示例性微流控芯片的顶视图。图11是固定到图10的微流控芯片上以形成微流体通道的示例性微流控芯片的顶视图。图12是图11的微流控芯片和盖子的顶视图,进一步显示了将示例性保形钝化膜施加到微流体通道上。图13是在施加保形钝化膜之后沿图12的线13-13采取的微流控芯片和盖子的截面图。图14是具有插入的SERS传感器的图13的微流控芯片与盖子的顶视图。图15是SERS传感器的顶视图。图16是SERS传感器的侧视图。图17是固定在图14的微流控芯片、盖子和插入的STRS传感器上的示例性包装密封件的顶视图。实例详述尽管表面增强拉曼光谱(SERS)技术为分子水平检测提供了高灵敏性,污染可能会降低性能和信噪比。如果作为集成化程度更高的装置如芯片实验室的一部分并入,SERS基底尤其容易受到来自储存过程中的处理和包装脱气的污染。本公开描述了SERS传感设备和形成SERS传感设备的方法,其解决了此类污染问题。图1示意性显示了示例性SERS传感设备20。传感设备20通过利用由原子层沉积形成的保形钝化膜解决了污染问题。使用原子层沉积获得了包含由交替的前体与构建表面的反应产生的交替和堆叠的单分子厚的不同分子层的保形无机膜。通过原子层沉积形成的保形无机膜提供了保形的无针孔钝化涂层,其具有低缺陷密度和高程度的介电强度。由该保形无机膜提供的这种钝化涂层减少或阻碍了污染物的释放。该示例性传感设备20包括主体24、微流体通道30、保形钝化膜40和SERS传感器50。主体24包括微流体通道30在其中延伸的结构。主体24含有SERS传感器50。至少部分主体24具有开口或由半透明或透明材料形成以促进光(如激光)传输穿过主体24的此类部分照射SERS传感器50。在一个实施方案中,主体24包含有机透明材料,如透明聚合物,或可以在储存过程中或在测试或使用设备20的过程中响应于环境条件将污染物脱气到传感器50的其它透明材料。在一个实施方案中,主体24可以包含玻璃,如图案化硅酸盐玻璃。由于钝化膜40抑制或减少了污染物从涂层40覆盖在其上的材料中的释放,主体24的材料的设计空间扩大,可以使用更多种类的材料,而不会因污染而降低传感器50的性能。微流体通道30包括在主体24内延伸的细长管道,其向传感器50供应流体。微流体通道40具有被内表面56围绕的内部54。对本公开而言,术语“微流体”是指含有流体或此类流体流经的体积,其中此类体积具有至少一个在较小的微米或几十微米范围内的尺寸。特别地,术语“微流体”附加地涵盖具有至少一个小于微米的尺寸的此类体积。尽管微流体通道30显示为具有正方形横截面形状,并显示为直线延伸穿过主体24,在其它实施方案中,微流体通道30可以具有多种不同的尺寸的形状。例如,在其它实施方案中,微流体通道30可以具有其它横截面形状。在其它实施方案中,微流体通道30可以沿其长度具有不等的横截面尺寸和/或横截面形状。在其它实施方案中,微流体通道30可以沿非直线路径延伸,如多边形路径、弯曲路径或蛇形路径。在一些实施方案中,微流体通道30可以终止于盲端,如终止于封闭腔室而不是完全延伸穿过主体24。在一个实施方案中,采用材料去除工艺在主体24中形成微流体通道30。例如,在一个实施方案中,可以使用蚀刻、钻孔或镗孔过程来形成微流体通道30。在另一实施方案中,可以使用注塑方法来形成微流体通道30。在又一实施方案中,可以通过在牺牲材料周围沉积材料来形成微流体通道30,其中牺牲该牺牲材料以形成微流体通道30。在又一实施方案中,微流体通道30可以印刷,如使用三维印刷机。如下文中将要描述的那样,在其它实施方案中,微流体通道30可以通过连接多个单独的构件来形成,其中所述构件中的至少一个具有至少部分限定微流体通道30的沟槽或凹槽,并且其中连接的构件构成具有微流体通道30的主体24。保形钝化膜40包含一种材料或多种材料的层,其在微流体通道30的内表面56上形成钝化涂层,其中该钝化涂层阻碍或抑制污染物从该材料、连接两个构件的粘合剂或形成内表面56的材料中释放。在一个实施方案中,钝化膜40可以通过原子层沉积来形成。使用原子层沉积获得了包含由交替的前体与不断变化的表面的反应产生的交替和堆叠的单分子厚的不同分子层的钝化膜40。通过原子层沉积形成的钝化膜40提供了具有低缺陷密度和高程度的介电强度的保形的无针孔钝化涂层。钝化膜40连续围绕微流体通道30的内部54。换句话说,钝化膜40不间断地连续围绕微流体通道30的中心线延伸,没有断裂、接缝或中断。膜40由此围绕内部54并沿通道30的长度延伸的连续性质避免了开口或裂缝,否则污染物可能经此释放。在一个实施方案中,在微流体通道30完成之后形成钝化膜40,使得沿微流体通道30的任何接头或接缝被钝化膜40覆盖和密封。由于通过原子层沉积来形成钝化膜40,钝化膜40可靠地贴合微流体通道30可能具有的各种形状、尺寸、拐角和曲折。从一端到另一端,钝化膜40在微流体通道30的整个长度上提供了更均匀的厚度(与其它工艺如化学气相沉积或溅射相比),无论微流体通道30的长度如何。此外,在微流体通道已经完成并基本封闭仅剩入口和出口之后,钝化膜40可以沉积在难以达到的表面上。在一个实施方案中,钝化膜40包含无机材料。在一个实施方案中,钝化膜40包含至少一种选自HfO2、Al2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.形成表面增强拉曼光谱(SERS)传感设备的方法,所述方法包括:提供具有内部微流体通道的主体,所述微流体通道具有被内表面围绕的内部;将保形无机钝化膜沉积到内表面上以连续围绕所述内部;和在沉积保形无机膜之后定位SERS传感器与所述微流体通道连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.形成表面增强拉曼光谱(SERS)传感设备的方法,所述方法包括:提供具有内部微流体通道的主体,所述微流体通道具有被内表面围绕的内部;将保形无机钝化膜沉积到内表面上以连续围绕所述内部;和在沉积保形无机膜之后定位SERS传感器与所述微流体通道连接。2.权利要求1的方法,其中提供所述主体包括:形成第一主体部分,所述第一主体部分包括沟槽;和在所述沟槽上方将第二主体部分固定到第一主体部分上以覆盖所述沟槽,其中所述第一主体部分和所述第二主体部分构成所述微流体通道的内表面,其中保形无机钝化膜跨越所述第一主体部分和所述第二主体部分的接头连续延伸。3.权利要求1的方法,其中提供所述主体包括三维印刷具有内部微流体通道的主体。4.权利要求1的方法,其中所述保形无机钝化膜包含总厚度为至少10埃和小于或等于20埃的多个层。5.权利要求1的方法,其中所述保形无机钝化膜通过原子层沉积(ALD)来沉积。6.权利要求1的方法,其中所述SERS传感器的定位包括使SERS传感器通过主体中的开口进入所述主体并与所述微流体通道连接。7.权利要求6的方法,进一步包括在定位所述SERS传感器与所述微流体通道连接之后跨越所述开口固定透镜。8.权利要求1的方法,其中所述微流体通道在具有带内表面的内部的流体贮存器与所述SERS传感器之间延伸,并且其中沉积所述保形无机钝化膜以连续覆盖所述流体贮存器的内表面并由所述流体贮存器连续延伸至所述SERS传感器。9.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈之章陈健华J·E·艾伯特
申请(专利权)人:惠普发展公司有限责任合伙企业
类型:发明
国别省市:美国,US

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