可控的表面增强拉曼光谱制造技术

一种用于促进表面增强拉曼光谱（ＳＥＲＳ）的装置及相关方法。该装置包括：ＳＥＲＳ活性结构（１０２），其附近布置有多个分析物分子（Ａ）；致动装置（１１２），与ＳＥＲＳ活性结构（１０２）可致动联络，以便当分析物分子（Ａ）置于ＳＥＲＳ活性结构（１０２）附近时，使ＳＥＲＳ活性结构（１０２）变形。ＳＥＲＳ活性结构（１０２）的变形改变从分析物分子（Ａ）拉曼散射的辐射的强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及拉曼光谱。更特别的，本专利技术涉及表面增强拉曼光谱(SERS)，其中SERS活性结构被用于增强置于其邻近的或被其吸附的分析物分子的拉曼信号。
技术介绍
拉曼光谱是一种用于实施化学分析的技术。高强度的单色光，例如由激光器提供的，被导向至用于化学分析的分析物分子(或样品)。多数入射光子被分析物分子弹性散射，其中，翻寸光子具有与入射光子相同的能量(和，因此相同的频率)。这种弹性TO称为瑞利翻寸，弹性tm的光子和辐射分另懒为瑞利光子和瑞利辐射。然而，小部分的光子(例如107个光子中的约1个)被分析物分子非弹性散射。这些非弹性散射的光子具有与入射光子不同的频率。这种光子的非弹性翻诉尔为拉曼效应。非弹性翻寸光子可具有比入射光子更高的频率，或者更典型地，更低的频率。当入射光子同一个分子相撞时，能量可从光子转移到分子上，或从分子转移到光子上。当能量从光子转移到分子上时，具有降低的能量和相应的降低的频率的翻寸光子将从样品出现。拉曼光谱中通常称这些降低能量的拉曼散射光子为斯托克斯辐射。 一小部分的分析物分子己经处于能量激发态。当入射光子与已经被激发的分子相撞时，能量可从分子转移到光子上，具有升高的能量和相应的升高的频率的光子将从样品出现。拉曼光谱中通常称这些升高能量的拉曼翻t光子做反斯托克斯辐射。斯托克斯和反斯托克斯辐射由探测器进行检测，例如光电倍增管或波长色散谱仪，它们将撞击光子的能量转换为电信号。电信号的特征至少部分地为撞击光子的能量(或波长，频率，波数等)和单位时间撞击光子的数量(强度)的函数。探测器产生的电信号能够用于生成作为被测拉曼信号(即斯托克斯和反斯托克斯辐射)的频率的函数的强度光谱图。对应于具体分析物的独特的拉曼光谱的获得，可以i!51相对于非弹性翻付立曼光子的频率，或者等j介且更普通的，它们的波数，单位是厘米分之一，绘制出它们的强度。该独特的拉曼光谱能够被用于多种目的，例如识别分析物，识别分析物中的原子和分子的化学状态或键连，以及测定分析物的物理和化学特性。拉曼光谱能够被用于分析单分子物质或不同分子物质的混合物。此外，拉曼光谱能够应用于大量不同类型的M结构，例如结晶或非结晶态的有机或无机^T。光子的分子拉曼翻寸是个微弱的过程。因此，功率强大的、昂贵的激光器光源代表性地被用于产生高强度激发辐射以增强用于检测的微弱的拉曼信号。表面增强拉曼光谱(SERS)是相对于具有数量相同的分析物分子的试样的非SERS拉曼光谱来说，允许从分析物中产生更强的拉曼信号的技术。在SERS中，分析物分子被吸附在i^活的金属表面或结构上，或置于其邻近处，激活的金属表面或结构本文中称为SERS活性结构。分子和表面之间的相互作用使得拉曼信号的强度增强。多种SERS活性结构被用于SERS技术，包括电解池中的激活电极，激活金属胶,液，和激活金属基底例如形成在基底上的粗糙化的金属表面或金属岛状物。例如已知的，将分析物分子吸附在由银或金制成的特别粗糙化的金属表面上，或其邻近处，會^)多以在103到106之间的因子增强拉曼散射的强度。如在此处所用的，SERS活性材料指的是金属材料(或其他可以找到的具有类似效果的材料)，其分布在基底上以形成SERS活性结构。如在此处SERS活性材料的上下文中所用的，纳米区指的是SERS活性材料的任何特定的局部化区域，例如SERS活性材料的岛状物，SERS活性材料的胶体微粒，或其他局部化的片段，例如可能与不同地成形的表面的特定的表面凸起或部分相关联。因此，任何特定的SERS活性结构都包括SERS活性材料(可以为均匀地成形的，或形状高度非均匀且不规则的)的纳米区的图案化排列(可以是随机的，伪随机的，或规则的)。虽然电磁增强和化学增强等理论在文献中都已经阐述了，但SERS中展示的拉曼信号增强机制还没有完全被了解。经验地，已观察到对于任何特定波长的拉曼翻寸光子的强化仅仅发生于由SERS活性材料形成的、尺寸从lnm到几百纳米变化的某些局部化结构、凸起或凹陷附近(即，SERS活性材料纳米区的某些特定样力 附近)的分析物M，称为热点。特定的热点的存在可能容易随着多种条件中的任意条件的甚至小变化而发生变化，这些条件包括SERS活性纳米区的局部样力形状， 一个或多个分析物分子相对于该区域的位置，一个或多个分析物分子的 ， SERS活性材料的类型，以及入射光的波长。由于这种易变性，如果能提供这样一禾中SERS系统是非常可取的，其中可以对更多种类的分析物分子，以及对入射波长、系统材料和与分子感测过程相关的其它现场割牛的更大变化，增加拉曼强化。在阅读本公开内容后，出现的其它问题对本领域技术人员而言是显而易见的。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种用于皿表面增强拉曼光谱(SERS)的装置，包括SERS活性结构，在其附近放置有多个分析物分子，以及致动装置，与SERS活性结构可致动联络，以便当分析物好放在SERS活性结构附近时，使SERS活性结构变形。SERS活性结构的变形改^/人分析物^T拉曼翻寸的辐射的鹏。同样提供了一种用于促进表面增强拉曼光谱的方法，其中接收多个分析物肝，用于附着在SERS活性结构附近。该方法进一步包括亍妙万接收的分析物仝^附近的SERS活性结构变形，从而改^A分析物分子拉曼散射的辐射的强度。还提供了一种在表面增强拉曼光谱中使用的装置，包括用于使其上放置有多个分析物分子的SERS活性结构变形以改变从分析物分子拉曼翻寸的辐射的鹏的装置。附图说明图1为根据一实施例的表面增强拉曼光谱(SERS)系统，其包括用于 SERS的装置；图2A—2E为根据一实施例的处于不同形变量下的SERS活性结构-，图3为与图2A—2E所示SERS活性结构相关的拉曼光谱示意图；图4为根据一实施例的SERS活性结构的侧面剖视图；图5为SERS活性结构在一定量的凹形形变情况下的侧面剖视图；图6为根据一实施例的用于促进SERS的装置，使SERS活性结构发生机械致动的 ;图7为根据一实施例的用于促进SERS的装置，使SERS活性结构发生静电致动的变形；图8为根据一实施例的用于促进SERS的装置，使SERS活性结构发生气动致动的变形；和图9为根据一实施例的用于促进SERS的装置，使SERS活性结构产生机械致动的平面内膨胀和/或收縮。具体实施例方式图1为根据一实施例的表面增强拉曼光谱(SERS)系统IOO，包括用于促进SERS的装置。SERS系统100包括SERS活性结构102，分析物分子"A"位于其上；辐射光源106和探测器108。辐射光源106提供强单色光束"S"，其单色光谱114在图1中示出为强M"波数的绘图。光束"S"典型的具有约1,一5miti的光点大小。典型的，辐射光源106发出的波长范围可从大约350nm到大约1000nm。从分析物^^"A"和SERS活性结构102形成的辐lt'R"包括反射和/或瑞利分量116以及拉曼分量118。探测器108光学的滤除反射和/或瑞利分量116，并且探测入射波长附近的每个波长的拉曼散射辐射118的强度。典型的，处理器110控制辐射光源106和探测器108，接收探测器的读数以产生拉曼光谱读出，然后其波峰值和波皿用于分析分析物^T"A"。拉曼光谱读出通常作为强度相对于拉曼位移的绘图呈现，拉曼位移被定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于促进表面增强拉曼光谱（ＳＥＲＳ）的装置，包括：　ＳＥＲＳ活性结构（１０２），在其附近设置有多个分析物分子（Ａ）；和　致动装置（１１２），与ＳＥＲＳ活性结构（１０２）可致动联络，以便当所述分析物分子（Ａ）位于ＳＥＲＳ活性结 构附近时使得ＳＥＲＳ活性结构形变，ＳＥＲＳ活性结构（１０２）的所述形变改变从分析物分子（Ａ）拉曼散射的辐射的强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A布雷特科夫斯基，D斯图尔特，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]