包括纳米结构的分析设备制造技术

用于检测样品中的分析物的设备，包括：包含多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场，其中该阵列可被配置为接收样品；和设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权要求本申请要求2013年12月24日提交的美国临时申请No.61/920,725的优先权，其整体在此引入作为参考。
本专利技术涉及使用纳米结构分析样品的设备。
技术介绍
拉曼光谱学为使用分子的拉曼散射的技术，以评估分子并允许分子可通过光谱信号图被识别。
技术实现思路
在一方面，用于检测样品中的分析物的设备可包括包含多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场，其中该阵列可被配置为接收样品；和设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。在某些实施方案中，第一纳米结构可包括金属，第二纳米结构可包括金属，且第三纳米结构可包括金属。该纳米结构可包括银、金、铂或铝。在某些实施方案中，第二纳米结构可被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。第一纳米结构和第二纳米结构之间的距离可小于第二纳米结构的直径。第二纳米结构和第三纳米结构之间的距离可小于第三纳米结构的直径。该设备可包括10×10像素。两个像素之间的距离可为至少1μm。各像素可为至少一种分析物递送光谱数据。各像素能够检测至少两种不同种类的分析物。该设备能够检测至少5种不同种类的分析物。该设备能够检测至少10种不同种类的分析物。该设备能够检测至少20种不同种类的分析物。在某些实施方案中，该分析物是可通过拉曼光谱检测的。该分析物可为肽。该设备能够检测单分子。在某些实施方案中，第一纳米结构为纳米球，第二纳米结构为纳米球，且第三纳米结构为纳米球。第一纳米结构的直径可小于500nm。第二纳米结构的直径可小于200nm。第二纳米结构的直径可小于100nm。在另一方面，检测分析物的方法可包括将分析物接触包括多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场；且从该阵列的多个像素收集光谱数据。在某些实施方案中，该方法可包括获取该纳米链的拉曼光谱。该分析物可包括肽。第一纳米结构可包括金属，第二纳米结构可包括金属，且第三纳米结构可包括金属。该纳米结构可包括银、金、铂或铝。在某些实施方案中，第二纳米结构可被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。在某些实施方案中，该方法可检测单分子。根据以下描述、附图和权利要求，其它方面、实施方案和特征将是明显的。附图简述图1A显示图案化区域的SEM图且图1B显示无电镀(electroless)生长后的纳米链。图2A-2D显示纳米链形成的图示。图3A显示包含纳米链的设备上扫描区的光学图；图3B显示在设备不同位置测量的谱；图3C显示在具体波数a649cm-1的强度拉曼峰的映射分析。图4显示单一纳米链的FDTD数值模拟。图5显示包括三种纳米结构的纳米链的映射分析。图6A-6D显示不同纳米链结构(单体、二聚体、三聚体、四聚体)的映射分析。图7A显示具有三个纳米球的纳米链的映射分析；图7B显示具有两个纳米球的纳米链的映射分析。图8A-8B显示具有不同尺寸的纳米结构的SEM图。图9A-9B显示具有不同尺寸的纳米结构的SEM图。图10A-10C显示具有不同尺寸和纳米链上的数量(单体、二聚体、三聚体、四聚体)的纳米结构的SEM图。图11显示包括多个像素的设备的SEM图。图12显示包括多个像素的设备的SEM图和三种不同像素类型(二聚体、三聚体、四聚体)的SEM图。图13A-13B显示乳腺癌中源自基因BRCA1的野生型和突变的肽W1837。图14A-14B显示在包括纳米链的设备上W1837肽的拉曼光谱。图15A-15C显示在包括纳米链的设备上源自22种肽的混合物的特定像素的拉曼光谱。专利技术详述纳米光学系统提供极大的可能性以控制光在纳米金属表面的传播，这是由于纳米金属结构克服了衍射限制(通过在常规光学器件中观察)。用于检测分析物的设备可包括纳米链，该纳米链包含三种纳米结构。该设备也可包括多个像素，其中各像素包括至少一个纳米链。纳米链可包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构。该纳米结构可以逐渐减小的尺寸排列。例如，第一纳米结构的尺寸可大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸可大于第三纳米结构的尺寸。第二纳米结构可被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。该纳米结构可为金属。在可见光的情况下，贵金属可为优选的，如银或金，或其他金属。在紫外线的情况下，该金属可为贵金属，如银，且该金属可为其他类型金属，如铝。当纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场或电场可强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的场。该设备可包括任何数量的像素，例如10×10像素。像素之间的距离可被控制使得设备可仅对一个像素提供检测信号。在一个实例中，像素之间的距离可为至少1μm。纳米结构之间的距离也可以纳米精确度控制。该设备可通过拉曼和/或荧光光谱学检测分析物。该分析物可包括肽。该设备可检测包含多于一种类型分析物(如20种肽)的混合物。该设备也可检测单分子的存在或不存在。表面增强拉曼光谱学(SERS)紧密贴近合适的贵金属表面的分子的拉曼光谱强度可显著大于不存在表面的情况。该现象可以是由于金属表面上电荷密度波动的光激发，其又在附近产生强的电磁场。辐射场的频率可接近入射光的频率，同时，在空间上，该场的特征可为低和高强度的强烈局限区域(高于入射光的强度)。分子可发射的拉曼散射光的强度与该场的局部值的四次方成比例。位于接近表面的高强度区域的分子的拉曼信号总体增强可超过八个数量级。而且，增强区域的强烈局部化使得可分辨长度与这些区域相当的物体的拉曼信号。辐射自场表面的场分布可取决于SERS设备的几何结构。在一个实例中，纳米结构可通过将三种直径逐渐减少的金属纳米结构(如银纳米球)排列而形成。场强度的显著增加可在两个较小纳米结构之间的间隙获得。该间隙可为5–20nm宽。具有该排列的设备可具有可调的光谱最大值以进行增强。纳米链的制备等离子体光子学(plasmonics)设备架构的发展已得到纳米制造技术的进步的支持。在物理至生物以及工程至医药领域，随着等离子体光子学领域的快速发展和纳米等离子体光子学设备的应用，重要的是制备能产生高的电磁场以分析物质的设备，例如，使用光谱技术。设备再现性也是重要的。有许多途径制造SERS设备，如金属岛状膜，如电化学修饰的电极、纳米球光刻、电子束光刻，等。参见，例如，Costantino等人，Anal.Chem.73，2001，3674-3678；DL Jeanmaire等人，J.Electroanal.Chem.84，1977，1，其每一个以其整体在此引入作为参考。一种方式是制备Ag胶体，然后将这些金属胶体附着至生物分子。参见，例如，K.Kneipp等人，Phys.Rev.Letts.78，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测样品中的分析物的设备，其包含:包括多个像素的阵列，其中该阵列被配置为接受样品，各像素包括纳米链，该纳米链包含:第一纳米结构，第二纳米结构，和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场；和设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.24 US 61/920,7251.用于检测样品中的分析物的设备，其包含:包括多个像素的阵列，其中该阵列被配置为接受样品，各像素包括纳米链，该纳米链包含:第一纳米结构，第二纳米结构，和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场；和设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。2.权利要求1的设备，其中第一纳米结构包括金属，第二纳米结构包括金属，且第三纳米结构包括金属。3.权利要求1的设备，其中该纳米结构包括银、金、铂或铝。4.权利要求1的设备，其中第二纳米结构被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。5.权利要求1的设备，其中第一纳米结构和第二纳米结构之间的距离小于第二纳米结构的直径。6.权利要求1的设备，其中第二纳米结构和第三纳米结构之间的距离小于第三纳米结构的直径。7.权利要求1的设备，其中该设备包含10×10个像素。8.权利要求1的设备，其中两个像素之间的距离至少为1μm。9.权利要求1的设备，其中各像素递送至少一个分析物的光谱数据。10.权利要求1的设备，其中各像素能够检测至少两种不同种类的分析物。11.权利要求1的设备，其中该设备能够检测至少5种不同种类的分析物。12.权利要求1的设备，其中该设备能够检测至少10种不同种类的分析物。...

【专利技术属性】
技术研发人员：E迪法布里齐奥，A弗拉塔洛克奇，JS托特罗贡戈拉，ML科卢乔，P坎德洛罗，G卡达，
申请(专利权)人：阿卜杜拉国王科技大学，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA