包括纳米结构的分析设备的制造方法

包括纳米结构的分析设备的制造方法
【专利摘要】用于检测样品中的分析物的设备，包括：包含多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场，其中该阵列可被配置为接收样品；和设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。
【专利说明】包括纳米结构的分析设备
[0001 ]优先权要求
[0002]本申请要求2013年12月24日提交的美国临时申请N0.61/920,725的优先权，其整体在此引入作为参考。
技术领域
[0003]本发明涉及使用纳米结构分析样品的设备。
【背景技术】
[0004]拉曼光谱学为使用分子的拉曼散射的技术，以评估分子并允许分子可通过光谱信号图被识别。

【发明内容】

[0005]在一方面，用于检测样品中的分析物的设备可包括包含多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场，其中该阵列可被配置为接收样品；和设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。
[0006]在某些实施方案中，第一纳米结构可包括金属，第二纳米结构可包括金属，且第三纳米结构可包括金属。该纳米结构可包括银、金、铂或铝。
[0007]在某些实施方案中，第二纳米结构可被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。第一纳米结构和第二纳米结构之间的距离可小于第二纳米结构的直径。第二纳米结构和第三纳米结构之间的距离可小于第三纳米结构的直径。
[0008]该设备可包括10X 10像素。两个像素之间的距离可为至少Ιμπι。各像素可为至少一种分析物递送光谱数据。各像素能够检测至少两种不同种类的分析物。该设备能够检测至少5种不同种类的分析物。该设备能够检测至少10种不同种类的分析物。该设备能够检测至少20种不同种类的分析物。
[0009]在某些实施方案中，该分析物是可通过拉曼光谱检测的。该分析物可为肽。该设备能够检测单分子。
[0010]在某些实施方案中，第一纳米结构为纳米球，第二纳米结构为纳米球，且第三纳米结构为纳米球。第一纳米结构的直径可小于500nm。第二纳米结构的直径可小于200nm。第二纳米结构的直径可小于10nm0
[0011]在另一方面，检测分析物的方法可包括将分析物接触包括多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构，其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场;且从该阵列的多个像素收集光谱数据。
[0012]在某些实施方案中，该方法可包括获取该纳米链的拉曼光谱。该分析物可包括肽。第一纳米结构可包括金属，第二纳米结构可包括金属，且第三纳米结构可包括金属。该纳米结构可包括银、金、铂或铝。在某些实施方案中，第二纳米结构可被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。
[0013]在某些实施方案中，该方法可检测单分子。
[0014]根据以下描述、附图和权利要求，其它方面、实施方案和特征将是明显的。
[0015]附图简述
[0016]图1A显示图案化区域的SEM图且图1B显示无电镀(e Iectroless)生长后的纳米链。
[0017]图2A-2D显示纳米链形成的图示。
[0018]图3A显示包含纳米链的设备上扫描区的光学图；图3B显示在设备不同位置测量的谱；图3C显示在具体波数8649011.1的强度拉曼峰的映射分析。
[0019]图4显示单一纳米链的roTD数值模拟。
[0020]图5显示包括三种纳米结构的纳米链的映射分析。
[0021]图6A-6D显示不同纳米链结构(单体、二聚体、三聚体、四聚体)的映射分析。
[0022]图7A显示具有三个纳米球的纳米链的映射分析;图7B显示具有两个纳米球的纳米链的映射分析。
[0023]图8A-8B显示具有不同尺寸的纳米结构的SEM图。
[0024]图9A-9B显示具有不同尺寸的纳米结构的SEM图。
[0025]图10A-10C显示具有不同尺寸和纳米链上的数量(单体、二聚体、三聚体、四聚体)的纳米结构的SEM图。
[0026]图11显示包括多个像素的设备的SEM图。
[0027]图12显示包括多个像素的设备的SEM图和三种不同像素类型(二聚体、三聚体、四聚体)的SEM图。
[0028]图13A-13B显示乳腺癌中源自基因BRCAl的野生型和突变的肽W1837。
[0029]图14A-14B显示在包括纳米链的设备上W1837肽的拉曼光谱。
[0030]图15A-15C显示在包括纳米链的设备上源自22种肽的混合物的特定像素的拉曼光
L曰O
[0031]发明详述
[0032]纳米光学系统提供极大的可能性以控制光在纳米金属表面的传播，这是由于纳米金属结构克服了衍射限制(通过在常规光学器件中观察)。
[0033]用于检测分析物的设备可包括纳米链，该纳米链包含三种纳米结构。该设备也可包括多个像素，其中各像素包括至少一个纳米链。纳米链可包含第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构。该纳米结构可以逐渐减小的尺寸排列。例如，第一纳米结构的尺寸可大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸可大于第三纳米结构的尺寸。第二纳米结构可被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。
[0034]该纳米结构可为金属。在可见光的情况下，贵金属可为优选的，如银或金，或其他金属。在紫外线的情况下，该金属可为贵金属，如银，且该金属可为其他类型金属，如铝。当纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场或电场可强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的场。
[0035]该设备可包括任何数量的像素，例如10X 10像素。像素之间的距离可被控制使得设备可仅对一个像素提供检测信号。在一个实例中，像素之间的距离可为至少Ιμπι。纳米结构之间的距离也可以纳米精确度控制。
[0036]该设备可通过拉曼和/或荧光光谱学检测分析物。该分析物可包括肽。该设备可检测包含多于一种类型分析物(如20种肽)的混合物。该设备也可检测单分子的存在或不存在。
[0037]表面增强拉曼光谱学(SERS)
[0038]紧密贴近合适的贵金属表面的分子的拉曼光谱强度可显著大于不存在表面的情况。该现象可以是由于金属表面上电荷密度波动的光激发，其又在附近产生强的电磁场。辐射场的频率可接近入射光的频率，同时，在空间上，该场的特征可为低和高强度的强烈局限区域(高于入射光的强度)。分子可发射的拉曼散射光的强度与该场的局部值的四次方成比例。
[0039]位于接近表面的高强度区域的分子的拉曼信号总体增强可超过八个数量级。而且，增强区域的强烈局部化使得可分辨长度与这些区域相当的物体的拉曼信号。
[0040]辐射自场表面的场分布可取决于SERS设备的几何结构。在一个实例中，纳米结构可通过将三种直径逐渐减少的金属纳米结构(如银纳米球)排列而形成。场强度的显著增加可在两个较小纳米结构之间的间隙获得。该间隙可为5_20nm宽。具有该排列的设备可具有可调的光谱最大值以进行增强。
[0041 ] 纳米链的制备
[0042]等离子体光子学(plasmonics)设备架构的发展已得到纳米制造技术的进步的支持。在物理至生物以及工程至医药领域，随着等离子体光子学领域的快速发展和纳米等离子体光子学设备的应用，重要的是制备能产生高的电磁场以分析物质的设备，例如，使用光谱技术。设备再现性也是重要的。
[0043]有许多途径制造SERS设备，如金属岛状膜，如电化学修饰的电极、纳米球光刻、电子束光刻，等。参见，例如，Costantino等人，Anal.Chem.73，2001，3674-3678 ；DL Jeanmaire等人，J.Electroanal.Chem.84，1977，I，其每一个以其整体在此引入作为参考。一种方式是制备Ag胶体，然后将这些金属胶体附着至生物分子。参见，例如，K.Kneipp等人，Phys.Rev.Letts.78,1997,1667，以其整体在此引入作为参考。对于SERS基底可在不同时间观察到拉曼强度的连续光谱涨落。换句话说，使用胶体技术制备的SERS基底可显示统计信号变化。对于周期再现性的和可控的SERS基底正进行努力，该SERS基底已用于进行多种分子(罗丹明6G，蛋白质，等。)的分析。参见，例如，G.Das等人，B1sensors andB1electronics, 24,2009,1693-1699 ;F.De Ange I is等人，Nano Letts.8(8) ,2008，2321-2327，其每一个以其整体在此引入作为参考。可制备另一种SERS设备。参见，例如，K.Li等人，Phys.Rev.Letts.91 (2003)227402;J.Dai，等人，Phys.Rev.B 77(2008) 115419，其每一个以其整体在此引入作为参考。
[0044]纳米链包含至少三种纳米结构。纳米结构为尺寸小于Iym的结构。纳米结构可为纳米透镜、纳米球，等等。在一个实例中，纳米链可包括以逐渐减小的尺寸排列的三个纳米结构。纳米链可通过组合高精度电子束光刻和无电镀而制备。
[0045]无电镀生长为其中金属离子作为金属在预制的硅表面上还原和沉积的过程。金属颗粒因此可以小至几纳米的平均尺寸获得，其总体形状和尺寸可调节为具有高精度和再现性。
[0046]构造该纳米结构可包括需要高效制造技术的多个步骤。首先，纳米结构图案可在涂覆在硅表面上的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA—A2)聚合物(抗蚀剂)膜中制造。该图案可包括三个不同直径的对齐的圆柱形腔室;第一腔室的直径可为500至10nm;第二腔室的直径可为200至50nm;第三腔室的直径可为100至5nm。腔室的高度可为20至150醒。这些腔室可以具有不同距离。例如，第一腔室和第二腔室间的距离可为lO-lOOnm，且第二腔室和第三腔室间的距离可为5-50nm。
[0047]该图案可使用超高分辨率电子-束光亥Ij(EBL)技术实现。在EBL中，高度聚焦的电子束用于解聚具有受控的几何结构的抗蚀剂区域。抗蚀剂的解聚部分然后可通过浸入合适的溶剂中被冲洗(develop)，从而获得用于连续沉积金属(如银)的模具。用于此的模具特征可被控制。在用EBL图案化和清洗后，在腔内可获得高度清洁的硅表面。
[0048]该过程可包括将纳米结构图案浸入包含金属盐(如AgNO3)和酸(如HF)的水溶液中。在腔室底部该酸可与暴露的硅表面上的S12反应并引发一系列步骤，其最终导致电子从溶液转移至硅。扩散至表面的源自离解的盐的金属离子可通过这些电子还原为Ag，其通过离子相互作用被吸附至表面。通过这些步骤生长的金属Ag结构可作为被硅中的电子充电的电极，且进一步有助于还原溶液的银离子。因为不需要外部电场来驱动这些反应，这种类型的沉积过程通常称为无电镀。沉积金属颗粒后，该样品可用双蒸水冲洗以洗掉纳米结构表面的盐。
[0049]纳米颗粒(如金属纳米颗粒)以及他们的聚集体的光学性质可以是有趣的。该纳米颗粒可诱导超出激发场的局部光场。可增加拉曼散射，其允许检测和光谱分析单分子。拉曼增强可与局部场的四次方成比例。增强的拉曼散射可在金属纳米结构间隙处存在。
[0050]包含纳米链的设备
[0051]基于不同形状、尺寸、尺寸分布等的纳米孔、纳米天线、纳米胶体、金属纳米颗粒(特别是，金、银或铂)的纳米结构等离子体光子学设备，已提出它们能增强附着于纳米尺寸的金属结构或与其接近的感兴趣分子的光学信号。参见，例如，M.Moskovits,Rev.Mod.Phys。57，1985，783；JJ Mock，等人，J.Chemical Physics,116,2002，6755，其每一个以其整体在此引入作为参考。当激光辐射与尖锐金属表面相互作用时，局域电场的增加可诱导拉曼信号的增强。拉曼散射的增加可能很大。参见，例如，K.Kneipp，等人，Phys.Rev.Letts.78，1997，1667;S.Nie，等人，Science 275，1997，1102，其每一个以其整体在此引入作为参考。这种增加赋予检测非常少量的分子的可能性，甚至能检测位于金属表面附近的单分子。
[0052]对于具有谐振品质因数‘Q’和纳米球数‘η’的金属，理论有效的SERS增强Gsers可为Q4n。当考虑由三种纳米球构成的基于Ag的纳米链(Q?30)时，理论SERS增强因子可为约112或更大的数量级。SERS设备可由自相似链制备。自相似链可为包括纳米球的链，其中连续半径和间隙的比例是恒定的。纳米链可包括三种金属纳米球。两种技术(e-束光刻技术和金属无电镀沉积)可组合以制造该设备。使用良好限定的纳米光刻结构允许更好的控制SERS基底，赋予制造可控和可再现的设备的可能性。为满足非柔性的纳米结构尺寸和形状，可考虑电子束光刻技术。然而，可使用利用无电镀沉积技术的位点选择性银纳米颗粒以增强电磁场。可对自相似纳米链SERS设备进行使用时域有限差分(FDTD)的理论模拟，保持以下参数不变:实际特征参数;聚合物的介电常数、银的Q因子、实验观察到的纳米球尺寸和两个连续银纳米球之间的距离等，且发现具有的增强因子为约107-108。该信号增强值接近于在其上沉积多种分子后制备的自相似纳米链SERS基底所观察到的值。
[0053]可设计和制备纳米链SERS生物光子学设备。该设备对罗丹明6G(R6G)、位点选择性沉积的碳、DNA、对照和突变BRCA肽具有检测几个分子的能力。在该纳米光学系统中，电磁光由于局部表面等离子体有效局限于两个最小的Ag纳米球之间的间隙中，其局限方式导致电磁场的纳米定位，从而导致拉曼信号强度的纳米定位。
[0054]分析设备可包括纳米链，该纳米链包含纳米结构。该纳米结构为金属的。可使用的材料包括银、金、铝。该纳米结构可为三个的阵列，以逐渐减小的尺寸排列。纳米结构的表面和形状可为无序的(各纳米结构的重力标称中心可以优于2nm的精确度排列)。该分析设备可用于检测分析物。该分析设备可用于检测一般分子且特别是用于检测源自样品(如人样品)的蛋白质。
[0055]该设备可包括多个像素。该像素可形成阵列。各像素可为设备的敏感单元。当纳米链被激光照射时该设备可产生电场的强烈局部化。可使用多种激光波长方案，如可见波长方案。纳米链可包括三种纳米球。电场的局部化可以主要在最小球和中间球之间。在以逐渐减小的尺寸排列的三纳米结构链中，最小纳米结构和中间尺寸纳米结构之间的电场可强于最大纳米结构和中间尺寸纳米结构之间的电场。
[0056]当被激光束照射时，纳米链可产生局域电场。如果分子沉积在纳米链上，它们散射可被拉曼分光镜装置分析和检测的激光。该装置得到的信息可为进入纳米链的敏感区的分子的特定信号。
[0057]纳米链阵列可被制备且用于分析材料。该材料可为包含至少一种类型分析物的混合物。例如，纳米链阵列可检测源自人乳腺癌样品的约20个肽的混合物。该混合物中的成分可被一个一个地分辨。
[0058]电场的足迹可覆盖尺寸可为约5x5nm2的区域。这表明如果溶质沉积在纳米链上，仅可检测进入该区域的分子。该设备不能够检测该区域之外的分子。分子可通过光谱学检测，如拉曼光谱学。
[0059]该设备可检测和分析高度稀释的分子的混合物的组合物，如在纳摩尔范围。这可用于早期癌症诊断或污染物环境分析等等。当在一般溶剂中存在可溶分子的混合物时可使用该设备，且该检测可与光谱学技术如拉曼或荧光组合。该样品可为稀释样品。稀释因子可使得样品中感兴趣分析物的浓度导致一个分子可被发现于纳米透镜的“热点”(敏感区)的概率较为显著。热点中测量的实验沉积率为0.25%至1%。这意味着即使99%分子在热点之夕卜，纳米链的敏感性也允许检测。这不需要复杂的手段或工具以将分子专门沉积于热点区。例如，分析物浓度可为I至100纳摩尔，例如2纳摩尔至25纳摩尔。其可为包括纳米链的设备使用的范围。
[0060]该设备功能的进一步改善可以是由于各纳米球表面固有的混乱或粗糙。该混乱可导致更大的电场局部化。
[0061]该设备的工作原理可以是由于等离子体光子学和电场的纳米局部化以获得强的拉曼信号，即使在像素中有很少分子的情况下。可进一步利用制造纳米球时产生的天然紊乱以极大增强电场和实现高敏感性。敏感区的规模可被强烈局部化。该设备可通过物理手段分辨高度稀释的混合物以检测溶质的组成，无标记且没有额外化学反应。阵列的设计和使用可分辨带来肿瘤信号的肽混合物。混合物组合物的重构可通过读取矩阵阵列中各像素的拉曼光谱而实现。通过适当稀释，各像素可包含无规分布的、仅一部分的混合物组分。在读取所有像素后，可回收混合物的所有组分。通常在各像素中，2至4种组分占主导。这些通过纯的组分的线性组合加权(weighted)。对各像素重复该操作。
[0062]该设备的优点包括其对低至纳摩尔的低浓度溶质敏感，其给出关于构成混合物的分子的化学状态的许多信息，如肽的野生型或突变形式，且溶质的量可非常低，如低于纳克范围。
实施例
[0063]设备制造可包括需要高效制造技术的多个步骤。纳米链图案可使用超高分辨率e-束光刻(EBL)技术书写，在PMMA-A2抗蚀剂的薄层(50nm)上实现，该薄层被旋涂(spun)到清洁的硅基底上。EBL系统(CRESTEC CABL-9000C)产生的电子束的稳定性及其设置(45pA束电流，以50keV加速电压，束尺寸-2nm)、使用的抗蚀剂的特征、以及清洗过程(在4 °C用IPA清洗I分钟)有助于产生可控的纳米结构。图案化SERS设备的尺寸为约320nm且两个连续的纳米球之间的两个小的间隙分别为20.6nm和18.5nm(如图1A所示)。抗蚀剂上最小的纳米孔直径为33.6nm。制造具有单个、两个、四个透镜的多种纳米链结构以测试和比较将接近最小的纳米球的等离极化激元(P Iasmon Po Iar i tons) (PP)局部化的能力。
[0064]对光刻后的表面进行高度控制的纳米化学方法的策略是形成位点选择性金属沉积的重要步骤。无电镀方法可用于在预先限定的区域沉积Ag-金属，其中被氧化的金属物质的还原导致中性金属原子的形成。参见，例如，D.V.Goia，等人，New J.Chem.22，1998，1203，以其整体在此引入作为参考Ag-纳米金属沉积可使用AgNO3和HF的溶液实现。参见，例如，
S.Yae等人，Electrichimica Acta 53，2007，35，以其整体在此引入作为参考。在金属颗粒沉积后，立即将样品用双蒸水冲洗以洗掉纳米结构表面的盐。在Ag-无电镀沉积后，透镜之间的两个小间隙为37.7nm和8.85nm，而最小的纳米球的直径变为25.8nm，如图1B所示。也可制备具有两个、三个和四个纳米链的纳米结构设备，如图10A-10C所示。芯片的像素可包括2个纳米链(二聚体)，3个纳米链(三聚体)，或4个纳米链(四聚体)。制造过程概述也示于图2A-2D。在抗蚀剂旋转涂布后(图2A)，光刻过程产生纳米孔(图2B)，其可进一步用于金属位点选择性沉积。纳米孔中的沉积(图2C)最终形成自相似纳米链基底(图2D)。基于Au的纳米光学设备也可按照相同技术制造。
[0065]该设备可用作SERS设备。该设备的微-拉曼光谱(inVia拉曼显微镜，Renishaw)通过在反向散射几何结构中使用514nm Ar+激光激发(功率=0.018mW且聚集时间=4秒)，光谱分辨率为约1.3cm—、高放大率物镜150X用于所有拉曼测量。使用10nm的最小步长进行XY
拉曼映射测量。
[0066]使用沉浸技术在设备上沉积R6G(有机荧光分子)单层，然后将其用双蒸水清洗以洗掉未直接沉积在金属表面的过量分子。在由一个纳米链结构组成的区域进行微-拉曼测量，如图3A所示。两个静态拉曼光谱，一个在纳米结构上(上部线)且另一个在纳米链之外(下部线)，在1050-19250^1的范围进行(Fig 3b)。
[0067]静态测量点可见于映射区的光学图中。在约1360cm—工(归为⑶O—振动)观察到R6GSERS峰；1506、1569、1649cm—1涉及C-C环伸缩振动。在这些带之外，其它几个带，中心位于1126和1188cm-l (归因于C-Hx平面内挠曲)、和131Ocnf1 (归为C-OH伸缩振动)，也是明显的。可从图3B观察到，仅在纳米结构点观察到R6G的拉曼光谱，而在剩余位置仅观察到宽的背景。由于在Ag-纳米颗粒上沉积的分子为荧光分子，其通常显示宽的荧光背景光谱，因此纳米链的存在导致荧光淬灭，因此仅显示分子的拉曼光谱。这种附着至金属表面的分子的荧光淬灭现象已被观察到。参见，例如，E.Dulkei th等人，Phys.Rev.Letts.,89( 2002) 203002-1;P.Anger等人，Phys.Rev.Letts.，96(2006) 113002-1，其每一个以其整体在此引入作为参考。对约3 X 2μπι2的区域在1050-1925cm—1的范围进行微-拉曼XY-映射测量。图3C显示映射分析，保持中心位于1649cm—1的R6G峰作为参照带。入射光源的极化平行于纳米结构，其为实现最大SERS信号的最佳条件。该拉曼分析已通过在1618至1689cm—1的区域选择拉曼带而执行。对于映射分析，在1618-1689cm-l区域的每个谱首先进行基线校正，然后在带强度中心位于1649cm-l后进行评估。仅在存在纳米链结构的那些点观察到最大峰强度。剩余的区域不显示任何与该振动带有关的变化。使用该设备观察到R6G的高敏感性和高信噪比SERS信号。观察到的较宽的映射带是由于激光束-宽度的卷积。考虑到主要SERS贡献是源自最小的金属纳米球且罗丹明6G分子的表面积为约0.9nm2，源自纳米链的拉曼信号可以是来自紧密堆积的100-150个分子。
[0068]如果存在自相似串联模式的金属纳米球，SERS强度的大部分可源自最小的纳米球附近且增强因子可达到>1012。可进行时域有限差分(Fine Difference Time Domain)(FDTD)模拟，然后比较在实验室制备的实际几何结构的设备和Dai提出的理想设备。参见，例如，J.Dai等人，Phys.Rev.B 77(2008)115419，以其整体在此引入作为参考。即使在设备的几何结构变形时自相似模式的设备也保持运行。此外，Stockman使用对于银纳米颗粒最佳的380nm激光波长模拟场增强，而使用514nm作为SERS谱激发波长。考虑到主要的SERS贡献源自最小的金属纳米球且罗丹明6G分子的表面积为约0.9nm2，估计源自纳米链的拉曼信号是来自紧密堆积的100-150个分子。考虑到所有因子(如激光光斑下观察到的分子数、激光功率、聚集时间、拉曼强度)，关于Si，使用纳米链设备的增强因子计算为约5 X 107。
[0069]通过在自相似链设备上改变分子位置对高敏感性的实验验证是通过将碳沉积在纳米链设备的已知位置上而进行。在将碳分别沉积在最小、中间和最大纳米球的顶部后，进行微-拉曼测量。与中心位于1561cm-l的C-C振动相关的3D-拉曼强度分析在映射区对每个光谱进行，其通过在1400-1750cm-l的区域选择基线校正的曲线而进行。可注意到对于碳沉积在最小的纳米球上的样品，带强度是最大的。观察到I最小>1相]>I駄的强度趋势。这些测量证实该设备的检测敏感性。参见图4和5。
[0070]进行测量以通过增加纳米链数来验证拉曼信号的依存性，如图6A-6D和图10A-10C所示。R6G单层沉积在该设备上且使用相同的拉曼参数获取拉曼光谱。对中心位于1649cm—1的拉曼带进行图6A-6D所示的映射分析结果。在该附图中，显示相关的纳米链结构。图6A-6D中的3D映射谱示出了拉曼信号从700(对于单一纳米链)至约2000计数(对于四纳米链结构)的增加。
[0071]将具有三个纳米球和两个纳米球的纳米链的拉曼强度进行比较。结果显示包括串联模式的三个纳米球的设备的有效性。对于该验证，单层苯硫酚分子被沉积在具有两个纳米球和三个纳米球的设备上。对两种样品进行中心位于1584cm—1的拉曼带的微-拉曼映射分析，如图7A-7B所示。对具有三个纳米球的设备观察到峰强度增加和信噪比改善。
[0072]为了制备芯片阵列，重复制备各像素的步骤。这可自动使用电子束书写策略自动进行。当设备浸在AgN03/HF溶液中时，同时进行贵金属还原。
[0073]图8A-8B至图10A-10C显示纳米链的SEM图。图11显示包括多个像素的设备的SEM图。图12显示包括多个像素的设备的SEM图和三个像素的SEM图。图13A-13B显示乳腺癌中野生型和突变的基因BRCAl ο图14A-14B显示在包括纳米链的设备上的W1837肽的拉曼光谱。图15A-15B显示在包括纳米链的设备上的22种肽的混合物的拉曼光谱。
[0074]其它实施方案在权利要求的范围内。
【主权项】
1.用于检测样品中的分析物的设备，其包含: 包括多个像素的阵列，其中该阵列被配置为接受样品，各像素包括纳米链，该纳米链包含: 第一纳米结构， 第二纳米结构，和 第三纳米结构， 其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且 其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场;和 设置为从该阵列的多个像素收集光谱数据的检测器。2.权利要求1的设备，其中第一纳米结构包括金属，第二纳米结构包括金属，且第三纳米结构包括金属。3.权利要求1的设备，其中该纳米结构包括银、金、铂或铝。4.权利要求1的设备，其中第二纳米结构被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。5.权利要求1的设备，其中第一纳米结构和第二纳米结构之间的距离小于第二纳米结构的直径。6.权利要求1的设备，其中第二纳米结构和第三纳米结构之间的距离小于第三纳米结构的直径。7.权利要求1的设备，其中该设备包含1X 1个像素。8.权利要求1的设备，其中两个像素之间的距离至少为lMi。9.权利要求1的设备，其中各像素递送至少一个分析物的光谱数据。10.权利要求1的设备，其中各像素能够检测至少两种不同种类的分析物。11.权利要求1的设备，其中该设备能够检测至少5种不同种类的分析物。12.权利要求1的设备，其中该设备能够检测至少10种不同种类的分析物。13.权利要求1的设备，其中该设备能够检测至少20种不同种类的分析物。14.权利要求1的设备，其中该分析物是可通过拉曼光谱检测的。15.权利要求1的设备，其中该分析物为肽。16.权利要求1的设备，其中该设备能够检测单分子。17.权利要求1的设备，其中第一纳米结构为纳米球，第二纳米结构为纳米球，且第三纳米结构为纳米球。18.权利要求17的设备，其中第一纳米结构的直径小于500nm。19.权利要求17的设备，其中第二纳米结构的直径小于200nm。20.权利要求17的设备，其中第二纳米结构的直径小于IOOnm。21.检测分析物的方法，包括: 使分析物接触包括多个像素的阵列，各像素包括纳米链，该纳米链包含: 第一纳米结构， 第二纳米结构，和 第三纳米结构， 其中第一纳米结构的尺寸大于第二纳米结构的尺寸，且第二纳米结构的尺寸大于第三纳米结构的尺寸，且 其中该第一纳米结构、第二纳米结构和第三纳米结构被置于基底上使得当该纳米链被能量激发时，第二纳米结构和第三纳米结构之间的光场强于第一纳米结构和第二纳米结构之间的光场;和 从该阵列的多个像素收集光谱数据。22.权利要求21所述的方法，还包括获取该纳米链的拉曼光谱。23.权利要求21所述的方法，其中该分析物包括肽。24.权利要求21所述的方法，其中第一纳米结构包括金属，第二纳米结构包括金属，且第三纳米结构包括金属。25.权利要求21所述的方法，其中该纳米结构包括银、金、铂或铝。26.权利要求21所述的方法，其中第二纳米结构被置于第一纳米结构和第三纳米结构之间。27.权利要求21所述的方法，还包括检测单分子。
【文档编号】G01N21/65GK106062537SQ201480074593
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月23日
【发明人】E.迪法布里齐奥, A.弗拉塔洛克奇, J.S.托特罗贡戈拉, M.L.科卢乔, P.坎德洛罗, G.卡达
【申请人】阿卜杜拉国王科技大学