散射辐射的多重光谱的同时检测制造技术

在一个示例中，描述了一种装置，其包括光源、全息光学元件、采样装置和检测器。光源被配置成发射激发光束。全息光学元件被布置成将该激发光束转换成多个激发光束。采样装置被布置成将多个激发光束作为投射点的二维图案而投射到装置外侧的表面上。采样装置被进一步布置成响应于投射点的二维图案来收集由表面发射的散射辐射。检测器检测散射辐射中的频率偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】散射辐射的多重光谱的同时检测
技术介绍
拉曼光谱术是一种可以被用来识别样本中的分子的光谱技术。该技术依赖于所发射的单色光的拉曼(非弹性)散射。所发射的光与样本中的分子振动、声子或其他激发相互作用，这使所发射声子的能量被向上偏移或向下偏移。可以根据能量上的偏移来推断有关样本中的振动模式的信息。由于振动信息特定于分子的化学键和对称性，所以这种信息进而可以被用来识别样本中的分子。虽然自发拉曼光谱术是一种强大的分子检测技术，但是拉曼散射的信号趋向于是非常微弱的。可以通过使用特殊图案化的结构来将这些信号增强许多数量级，这些特殊图案化的结构局部地增强光源和所发射的光的电场。这种技术被称为表面增强拉曼光谱术(SERS)。在SERS中，样本分子被吸附在粗糙金属表面上和/或被纳米结构吸附。例如，可以将液体样本沉积到具有纳米结构化的贵金属表面的硅或玻璃表面上。附图说明图1是本公开的示例光谱仪的高层级框图；图2是本公开的示例光谱仪的更详细的框图；图3图示了可以使用相应的全息光学元件由图1和图2的光谱仪来产生的激发光的示例二维图案；图4图示了可以结合图1和图2中图示的光谱仪而使用的包括空间变化区域的阵列的示例基板；以及图5图示了用于分子检测的示例方法的流程图。具体实施方式本公开宽泛地描述了用于使用表面增强拉曼光谱术(SERS)来同时检测多重拉曼光谱的光谱仪和相关联的方法。具有相似拉曼特征(signature)的不同分析物的存在可能使得难以识别样本的分子内容。此外，当与不同SERS表面相互作用时，一些分子可能不同地进行表现(例如，展现出不同水平的增强或者产生不同的散射信号)。因此，当处理具有未知组成的样本时，有帮助的是从处于许多不同条件下的样本收集拉曼光谱，以便改善捕获到每种分子组分的可区分特征的可能性。本公开的示例将全息光学元件定位在光源与空间变化的SERS基板区域的阵列之间，以便将激发光的二维图案投射到空间变化的表面上。在一个特定示例中，图案的每个投射点入射在基板区域中的不同的一个区域上。基板区域中的每个将与样本的不同分子不同地进行相互作用，从而当暴露于激发光时产生针对同一样本的不同光谱(所发射的拉曼散射)。在被传递到检测器之前，所发射的拉曼散射被收集、滤波和色散。色散使光的二维图案的每个投射点对于检测器而言表现为光带，其中沿着该带的不同水平坐标对应于光的不同频率。因而，可以由光谱仪在单次测量(即，所测量的数据向检测器的单次传递)中同时产生多个光谱。可以进而将这些光谱中的每个与针对不同基板区域的参考测量所对应于的不同数据库进行比较，以便识别样本中的分子。因此，在不增加所做出的测量的数量的情况下，极大地增加了识别样本的组成的可能性。图1是本公开的示例光谱仪100的高层级框图。在一个示例中，光谱仪100是拉曼光谱仪。在一个示例中，光谱仪100一般包括光源102、采样装置104和检测器106。此外，全息光学元件108被定位在光源102与采样装置104之间。在一个示例中，光源102是在可见、近红外或近紫外范围内发射激发光束的激光二极管。将全息光学元件108定位成拦截激发光束并且将该激发光束转换成以不同角度行进的多个激发光束。在一个示例中，全息光学元件包括衍射掩模，其包含具有不同空间频率的衍射光栅的叠加。采样装置104被配置成将多个激发光束作为激发光的二维图案而投射到样本110上。图3中图示了可以被投射的激发光的示例二维图案。采样装置104进一步被配置成响应于激发光的二维图案的入射来收集由样本110发射的散射辐射。在一个示例中，采样装置104可以包括显微镜或光纤探头。检测器106被配置成检测由采样装置104收集的散射辐射中的频率偏移。如上文所讨论的，可以根据频率中向上或向下的偏移来检测振动模式(以及因此检测分子身份)。在一个示例中，检测器包括电荷耦合器件(CCD)检测器。图2是本公开的示例光谱仪200的更详细的框图。光谱仪200可以包括图1中图示的光谱仪100的具体实现方式。因此，在一个示例中，光谱仪200是拉曼光谱仪。在一个示例中，光谱仪200一般包括光源202、第一透镜204、激光清理滤波器206、全息光学元件208、分束器210、物镜212、样本港(sampleport)或样本盘214、激光阻塞滤波器216、衍射光栅218、折叠反射镜220、聚焦透镜222和检测器224。在一个示例中，光源202是在可见、近红外或近紫外范围内发射激发光的激光二极管。第一透镜204被正好定位在光源的发射路径中，并且被进一步定位成将由光源202发射的激发光束聚焦到激光清理滤波器206上。在一个示例中，激光清理滤波器206是激光线滤波器或窄带通滤波器。激光清理滤波器206被定位成去除激发光中不想要的能量(诸如二次透射、背景等离子体以及其他伪像(artifact))，以及将“经清理的”激发光束传递到全息光学元件208。在一个示例中，全息光学元件208是衍射掩模，其包括具有不同空间频率的衍射光栅的叠加。全息光学元件208被定位成将经清理的激发光束转换成以不同角度行进的激发光束的叠加，以及将这些激发光束传递到分束器210。在一个示例中，分束器210是二向色镜式棱镜。分束器210被定位成拦截以不同角度行进的激发光束，以及将激发光束反射到物镜212上。分束器210可以以四十五度进行取向，以便计及光源202与物镜212之间的近似九十度的角度。物镜212被定位成接收来自分束器210的激发光束，以及将激发光束正在行进所处的不同角度转换成样本港214上的不同方位或位置。这在样本港214处创建了激发光的二维图案，该激发光的二维图案可以入射在定位于样本港214处的样本(例如，被吸附到SERS基板上的样本)的表面上。图3中图示了可以被投射的激发光的示例二维图案。样本港214可以包括光谱仪输出路径，其被定位成向诸如被吸附到SERS基板上的样本之类的样本提供激发光。此外，样本港214可以包括被配置成在测量期间支撑样本的托盘或其他机构。如上文所讨论的，激发光作为投射点的二维图案入射在样本上。被定位在样本港214处的样本将响应于激发光的二维图案的入射来产生所发射的拉曼散射(即，非弹性的散射辐射)。上文所描述的物镜212被进一步定位成收集所发射的拉曼散射以及将所发射的拉曼散射传递到分束器210。分束器210被进一步定位成将所发射的拉曼散射传递到激光阻塞滤波器216。在一个示例中，激光阻塞滤波器216是长通边缘滤波器或激光斥拒滤波器。激光阻塞滤波器216被定位成通过去除所发射的拉曼散射中不想要的散射能量(诸如在与激光线相对应的波长下的弹性散射辐射(即，瑞利散射))来隔离拉曼信号，以及将经隔离的拉曼信号传递到衍射光栅218。衍射光栅218被定位成接收来自激光阻塞滤波器216的经隔离的拉曼信号，以及将经隔离的拉曼信号进行色散，之后将被色散的经隔离的拉曼信号传递到折叠反射镜220。折叠反射镜220被定位成接收来自散射光栅218的被色散的经隔离的拉曼信号，以及将被色散的经隔离的拉曼信号传递到聚焦透镜222。聚焦透镜222被定位成接收来自折叠反射镜220的被色散的经隔离的拉曼信号，以及将被色散的经隔离的拉曼信号投射到检测器224上。在一个示例中，检测器224是电荷耦合器件(CCD)检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：光源，其用于发射激发光束；全息光学元件，其用于将所述激发光束转换成多个激发光束；采样装置，其用于将所述多个激发光束作为投射点的二维图案而投射到所述装置外侧的表面上，以及用于响应于所述投射点的二维图案来收集由所述表面发射的散射辐射；以及检测器，用于检测所述散射辐射中的频率偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：光源，其用于发射激发光束；全息光学元件，其用于将所述激发光束转换成多个激发光束；采样装置，其用于将所述多个激发光束作为投射点的二维图案而投射到所述装置外侧的表面上，以及用于响应于所述投射点的二维图案来收集由所述表面发射的散射辐射；以及检测器，用于检测所述散射辐射中的频率偏移。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述全息光学元件包括：衍射掩模，其包括具有不同空间频率的多个衍射光栅的叠加。3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：定位在所述采样装置与所述检测器之间的衍射光栅，用于在所述散射辐射被传递到所述检测器之前对所述散射辐射进行色散。4.根据权利要求1所述的装置，其中在所述装置外侧的表面包括：表面增强的基板。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述表面增强的基板包括多个区域，以及所述基板的局部形貌跨越所述多个区域进行变化。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述局部形貌包括聚合物指状物的图案，以及利用金属纳米颗粒覆盖所述聚合物指状物中的至少一些。7.根据权利要求6所述的装置，其中通过使所述聚合物指状物的空间布置跨越所述多个区域进行变化来造成所述局部形貌中的变化。8.根据权利要求6所述的装置，其中通过使所述聚合物指状物之间的间隔跨越所述多个区域进行变化来造成所述局部形貌中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·艾塔，A·罗加奇，V·什科尔尼科夫，
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