利用局部表面胞质团共振LSPR的传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种装置，其包括支持局部表面胞质团共振(LSPR)的至少一个传感器纳粒、至少一种传感材料，以及将所述至少一个传感器纳粒和所述至少一种传感材料分隔的至少一个分离层。所述装置容许传感材料的表面之中及之上或传感器纳粒的环境的变化的间接传感研究。所述装置还可以用于光学的温度测量和量热法、光学差示扫描量热法(DSC)，来研究氢贮存、催化反应或用于NOx传感。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括用于传感的纳粒的装置。更具体地，本专利技术涉及装置，其包括由分离层相互分隔的、支持局部表面胞质团共振的纳粒以及传感材料。进一步的，本专利技术涉及包括含这样的装置的系统。
技术介绍
在纳米尺度下研究过程和现象的新技术的发展是纳米科学和纳米技术的重要基础。仅通过完全地了解纳米尺度的过程以及纳粒和纳米结构的物理和材料学，伴随合适的风险管理，纳米技术解决方案可以广泛地应用。通过“纳米技术”预期的技术进步的核心是纳粒和纳米结构的广泛的新的物理和化学性能。用于定义纳米技术的纳粒/纳米结构的典型的大小范围是一到几百纳米(nm)，确切的上限取决于所研究的性质和着眼的应用。纳粒系统的这些新的激动人心的性质在新的传感器和科学工具的开发中是有益的，以表征和了解关于纳粒系统的物理和材料科学的更多知识，以及在开发用于生物技术、医学、清洁技术、工程等等方面的应用的新技术方面是有益的。金属纳粒的固有特征是传导电子的集体相干振荡——局部表面胞质团共振 (LSPR)，其可以由外部光子激发。换句话说，LSPR是金属纳粒电子系统的可能的激发态，其可以被光子或者等价地通过颗粒上光入射的电磁场激发。Lsra激发是电子的内电子(集体)相互作用与纳粒体积内传导带电子系统的空间限制组合的结果。取决于纳粒的电子结构、它的几何结构、大小和电介质环境，电子密度波以一定频率/波长/能量形成。作为LSPR沿着波长/频率/能量轴(做为选择，LSPR的光谱灵敏度也可以就峰高度、半最大值处的全峰宽度(FWHM)而言来测量，或还可作为接近LSra频率的光学消光或光谱透射来测量)的光谱移动量，LSI^R对于纳粒表面或附近发生的事件的光谱敏感性打开了使用“等离子的”纳粒作为一般传感器中的传感器的可能性，迄今为止作为生物传感器的应用已经被最大地利用。例如，前一句子中的“事件”有生物分子对纳粒表面的吸附所诱导的周围介质中折射率的改变。LSH 在等离子生物传感器中这些报道的应用的大部分依靠纳粒 Lsra对周围介质的介电常数的敏感性，打开了“折射率传感”的途径，其中利用局部的电介质环境中吸附物诱导的改变来检测例如纳粒表面上以及颗粒的纳米环境中分子结合事件。 在典型的纳米等离子折射率感受器中，要检测的事件直接在例如等离子活性的金纳粒的表面上发生。这是由紧靠纳粒表面(<约50 ，取决于颗粒大小和材料和几何结构)的电场的强增强作用所启动的。在实际的传感期间，例如，由来自溶液的分子与传感器纳粒表面的吸附或化学结合所诱导的、在纳粒和周围介质的界面处局部折射率的改变，被检测为颗粒的光响应的改变。此外，由于传感器，即等离子纳粒的小的尺寸，纳米-LSra传感器打开了小型化的可能性。另一个相关的优点是小的检测体积使得测量极其少量的被分析物成为可能。由于它们的小的尺寸，纳米尺度的传感器提供了多路化的可能性(即，制成传感器阵列，其中每个传感器具有不同的敏感性)。多路化的一种应用是指纹图谱，其中在传感器阵列中使用了具有稍有不同的敏感性的大量的传感器。即使每个单独的传感器的特异性和选择性可能是3低的以及单独地不是非常有信息性的，来自所有传感器的组合的响应，利用模式识别，可以提供高度精确和信息性的响应。对于在等离子折射率(生物)传感器方面可能的用途，已经研究了许多不同的纳粒形状，包括碟形、三角形、棒状、省略号型、线形、球形、立方体、星形、金属薄膜上的孔洞、 纳米壳和核_壳颗粒、纳米米粒以及纳米环。包含基于纳粒的传感结构、展现并依靠限制的光激发如LSra的等离子折射率传感平台是早先已知的。作为对等离子折射率传感的替代，还已经显示的是，通过使用“直接传感”方式，人们能够测量在原子进入等离子纳粒的吸收时等离子纳粒的诱导的结构(例如，大小和/或几何结构)改变和电子结构的改变。特别地，这种方法已经展现了用于Pd纳粒中氢摄取的测量。因而，在直接传感事件期间，传感器纳粒本身受到被传感的过程的影响/被改变。后一过程最终可能导致纳粒的改变的物理性质，产生它们的光线响应即它们的Lsra的(测量的)改变。一般地，被传感的事件诱导了纳粒的测出的光激发的光谱移动和/或光谱带宽的改变和/或光截面的改变。作为纳粒的光透射和/或消光和/或吸收和/或散射和/或反射标志的显著改变，这可以被检测。专利技术概述本专利技术的目的是提供用于传感的改进的装置。本专利技术提供了一种装置，其解决了已知的传感平台的难题，同时提供了进一步的测量可能性。在本专利技术的第一方面中，提供了一种装置，其主要特征在于包括支持局部表面胞质团共振(LSPR)的至少一个传感器纳粒、至少一种传感材料，以及将所述至少一个传感器纳粒与所述至少一种传感材料分隔的至少一个分离层。在本文件中，术语纳粒应当理解为是指具有等于或小于500nm、优选的等于或小于 300nm、更优选的等于或小于IOOnm的至少一个尺寸的颗粒。因而，所述装置包括(i)等离子活性的至少一个传感器纳粒，(ii) 一种材料，在下文中称为传感材料，其在与周围介质相互作用时或在加热或冷却时经历某些改变，以及 (iii)将光学活性的传感器纳粒与介质/环境以及与所述传感材料分隔的薄层。所述薄层在下文中称为分离层。等离子的或光学活性的传感器纳粒被理解为，所述纳粒支持局部表面胞质团共振。根据本专利技术的装置提供了介质或环境的间接的传感。间接的传感被理解为，传感器纳粒通过分离层与环境和传感材料分隔。要理解的是，所述传感材料与其所暴露的介质或环境相互作用或由于温度而经历改变。进一步的，要理解的是，光学活性的传感器纳粒不由于传感材料的改变、或不由于要传感的介质或环境的改变而与自身相互作用或经历改变。例外是监视传感器纳粒的带电和放电，例如，通过化学反应期间的电子传递，或监视由于例如传感材料本身或之上的放热/ 吸热反应的温度的改变。后者的温度变化引起传感器纳粒的体积和电子改变，其可以作为光学响应的改变被检测。根据本专利技术的装置可以用于以超高灵敏度来测量由例如传感材料之上或本身的化学/催化反应引起的，或由传感材料之中或本身的相转变引起的，或由周围介质的温度改变引起的，传感材料的诱导的结构、化学和/或电子改变，或温度改变。传感材料包括由固体、液体、软物质或气体制成的纳粒、薄膜或松散材料。通过读出所述传感器纳粒的改变的光响应，作为光学活性的传感器纳粒的光响应方面的改变来检测所述诱导的改变。这是与早先已知的折射率传感和直接传感相对比的，在其中传感器纳粒与周围介质/环境直接接触，要传感的实体或本身在传感事件期间分别经历了结构的或电子的或化学的改变。对于读出信号来监视传感器的LSra激发方面的改变，可以使用沿着波长/频率/ 能量轴的光谱的LSra峰位移(消光、散射或吸收)，或峰高度、峰谱线宽度、半最大值处的全峰宽度(fVhm)的改变，或者光谱上靠近LSI^R峰处的光学消光/散射/吸收或透射的改变。读出信号还可以是表面增强的拉曼散射(SERS)或表面增强的红外吸收光谱 (SEIRAS)信号。令人惊讶地，发现的是，尽管引入了分离层，在根据本专利技术的装置中保持了早先已知的基于Lsra的传感器的超高的敏感性，分离层阻止了传感材料直接放置在传感器颗粒本身上，预计这样光场增强作用和因而的敏感性才是最大的。具有分离层的这种结构容许这样的设备在恶劣环境中、在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：克里斯托夫·朗哈默尔，本特·卡塞莫，伊戈尔·索里克，埃琳·拉尔松，
申请(专利权)人：英斯普罗恩有限公司，
类型：发明
国别省市：