[发明专利]表面增强的光谱法、挠性结构化基底及其制备方法

说明书

背景技术

通常，表面增强光谱学涉及对紧密靠近具有亚微米尺寸外构部件的金属表面的被分析物进行光谱分析。在这些条件下，在外构部件处，在由于金属表面的局部表面等离子体激元谐振(plasmon resonance)的激发而产生的电磁场的范围内，通过空间限制被分析物，可增强光谱信号。

已显示，多种光谱分析技术得益于这类表面效应，所述光谱分析技术包括：表面增强拉曼光谱(SERS)、表面等离子体激元谐振光谱、表面增强红外光谱、以及表面增强和频发生光谱。

典型地，通过使待分析的物质(例如气体、液体或固体)紧密靠近由较小面积(例如1cm×1cm)的基底支撑的金属层，可进行这些技术。通过这种技术，取决于条件，被分析物的信号在强度上可以增加高达8个数量级(或者更多)，在一些情况下，甚至可以足够灵敏以检测甚至单独的分子。

发明内容

在一方面，本发明提供了一种分析物质的方法，包括：

(a)提供挠性的结构化(structured)基底，包括：

(i)单块(monolithic)聚合膜，包括：

具有第一和第二相反主表面的底部，其中至少一部分所述第一主表面至少部分地被纳米结构限定；和

(ii)顺应地设置于至少一部分所述纳米结构上的金属层；

(b)在紧密靠近至少一部分所述金属层处提供被分析物；以及

(c)观测被分析物的表面增强光学性能。

在一个实施方案中，可有利地利用本发明的结构化基底来实施该方法。

因此，在另一方面，本发明提供了一种结构化基底，其包括：

(a)单块聚合膜，包括：

具有第一和第二相反主表面的底部，其中至少一部分所述第一主表面至少部分地被以下限定：

从底部向外延伸的图案化微结构；和

平均高度为至少100且小于200纳米的纳米结构，其中所述纳米结构至少部分地被包围在所述图案化微结构之内，或重叠在所述图案化微结构上；和

(b)顺应地设置于至少一部分所述纳米结构上的金属层，其中该结构化基底为挠性的。

在另一方面，本发明的结构化基底可由一种在纳米级上可再现的方法制造。在一个实施方案中，一卷本发明的结构化基底可被切成许多片(例如切成小方块)，例如用作SERS基底。因此，当进行SERS测定时，在由相同水平的被分析物所得到的SERS信号之间，所述片典型地呈现很少的变化或没有变化。

因此，在还一个方面，本发明提供了一种制造结构化基底的方法，包括：

提供具有连续表面的工具，在所述表面上具有第一图案化微结构；

连续地形成包括底部的单块聚合膜，所述底部具有第一和第二相反主表面，其中至少一部分所述第一主表面包括第二微结构，该第二微结构具有第一高度，并从底部向外延伸，其中所述第二微结构基本上与所述第一微结构互补；以及

形成平均高度为至少100且小于200纳米的纳米结构，且其中该纳米结构至少部分地被包围在所述微结构之内，或重叠在所述微结构上；以及

在至少一部分所述纳米结构上顺应地设置金属层，其中所述结构化基底为挠性的。

与现有技术相比，本发明的结构化基底除了以上提到的再现性外，还可以大量地、在体积基础上以相对低的成本得到。

此外，本发明的结构化基底典型地具有良好的时间稳定性。

如在本文中所使用的：

“底部”是指具有恒定厚度的膜的最大体积部分，不包括微结构化或纳米结构化的图案；

“压花(embossed)无规图案”是指在短距离内，图案是无规的，但是包括如下图案，其中整个无规图案以比压花无规部件之间的距离大得多的周期性重复；

“部件高度”垂直于底部而确定；

“挠性”，当应用于结构化基底时，是指这种基底可以在25℃被手动地在其自身上卷绕，弯曲半径小于1cm；

“单块”表示由单个单元组成，或构成单个单元；

“凸起的纳米部件”是指具有至少5纳米且小于1微米的高度的凸出物；

“纳米结构”是指在每平方厘米上多个凸起的纳米部件，至少1×107个纳米部件，或者互连的凸起纳米部件(例如，由脊或拱连接的凸起纳米部件)的网络，从底部向外延伸，并具有至少5纳米且小于1微米的平均高度；按照定义，纳米结构不是光滑的；

“光学性能”是指由被分析物吸收或发射的紫外、可见或红外的电磁辐射；

“图案化微结构”是指部件高度在1微米～5毫米范围内的预定图案；

“聚合的”是指包括有机聚合物；