[发明专利]化学传感装置

说明书

本申请是申请日为2013年1月25日，申请号为201380071302.1，发明名称为“化学传感装置”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

用于进行分子分析的体系可以包括使用表面增强拉曼光谱(SERS)、增强荧光、增强发光和等离子体传感等。具体到SERS，拉曼光谱是用在凝聚态物理和化学中来研究分子体系中的各种低频模式的光谱技术。更详细地说，在拉曼光谱中，特定波长范围的大致单色光束通过分子样品并发出散射光光谱。从分子发出的波长的光谱被称为“拉曼光谱”，所发射的光被称为“拉曼散射光”。拉曼光谱可以揭示分子的电子的、振动的和转动的能量水平。不同的分子产生不同的拉曼光谱，它们可以像指纹一样用于识别分子，甚至确定分子的结构。使用这种和其它传感技术，在这样的装置中增强装置灵敏度、简化传感器、提供额外的柔性等是期望的。

发明内容

拉曼光谱可被用来研究当光子与分子相互作用时分子能量状态之间的跃迁，这导致散射光子的能量被转移。分子的拉曼散射可以被看作两个过程。处于某个能量状态的分子首先被入射光子激发至另一个(虚拟或实际的)能量状态，其通常处于光学频域中。激发的分子随后作为偶极源在它处于与激发光子相比可能相对低(即斯托克斯散射)或可能相对高(即反斯托克斯散射)的频率下的环境的影响下辐射。不同分子或物质的拉曼光谱具有可被用来鉴定种类的特征峰。因此，拉曼光谱是用于多种化学或生物传感应用的有用技术。然而，固有拉曼散射过程非常低效，且粗糙的金属表面、各种类型的纳米天线以及波导结构已被用来增强拉曼散射过程(即上文所述的激发和/或辐射过程)。

由吸附在结构化金属表面上或结构化金属表面的几个纳米之内的化合物(或离子)所产生的拉曼散射光可以比由溶液中或在气相中相同的化合物所产生的拉曼散射光强100倍以上。分析化合物的这一过程被称为表面增强拉曼光谱(“SERS”)。近年来，SERS已经成为用于研究分子结构以及表征界面和薄膜体系的常规和强大的工具，甚至使单分子检测成为可能。工程师、物理学家和化学家不断寻求用于进行SERS的系统和方法的改善。

大多数的SERS体系仅在某些热点增强电-磁场。虽然这可能是期望的，但是在许多情况下，例如通过简单的吸附使分析物均匀地散布在SERS基板上。然而，只有一小部分的分析物实际成为热点。

根据这点，已经认识到，开发基于一类新的结构的化学传感装置是有利的。这些结构可特别地用于表面增强拉曼光谱(SERS)，但是也可用于其它传感技术。具体地，本发明装置可以含有多个固定至基板的具有自由端的细长纳米结构，所述自由端具有金属涂层或金属帽，其中所述纳米结构涂覆有金属氧化物涂层。本发明纳米结构可以弯曲并捕获分子，然后可以使用SERS技术感测所述分子。另外，在一些具体实例中，本发明纳米结构可包括连接至所述金属氧化物涂层的官能团(例如含有官能团的配体)，所述金属氧化物涂层是涂布至所述金属涂层或金属帽上的，由此提供先前未达到的额外的选择性和灵敏度。

注意到在讨论化学传感装置、稳定纳米结构的方法或制造化学传感装置的方法时，这些讨论中的每一个可以被认为可用于其它实施方式，无论那个实施方式的上下文中是否明确地讨论它们。因此，例如，在讨论用于化学传感装置的官能团时，这样的官能团也可以用于制造化学装置的方法，反之亦然。

因此，化学传感装置可以包括：基板；细长纳米结构，所述细长纳米结构具有连接端和与所述连接端相对的自由端，所述连接端被固定至所述基板并且所述自由端包括金属；涂布至所述细长纳米结构的金属氧化物涂层；以及经由共价键连接至所述涂层的官能团。