由完全非晶態(tài)材料組成，它還可為帶非晶態(tài)添加劑的晶體材料或反過來也可以。
[0027]在最佳實施例中，傳感器基底由玻璃制成，所述玻璃主要由二氧化硅組成。此類玻璃可能含堿土金屬和/或其他金屬、添加劑，例如石英玻璃(亦稱鈉鈣硅玻璃)、鉛玻璃、帶孔硅酸鹽玻璃、硫系玻璃等。對于用本專利所述的方法制造傳感器來說重要的是，基底材料要為非晶態(tài)并具有軟化溫度(粘度減小)，而不是熔化溫度的特征。超過軟化溫度后，玻璃不會突然液化，而是其粘度開始改變，同時比熱容增大。非晶態(tài)材料(玻璃)的軟化溫度約為100tC或更低。軟化溫度越低，表面(3)損傷閾值越低，意味著要使用小能量的激光脈沖。然而，材料的軟化溫度越低，其耐機械沖擊性能越差，而且粘度越低的材料，越容易失去納米結(jié)構(gòu)，因此隨著時間的推移此類傳感器的質(zhì)量一增強特性會下降。
[0028]SERS傳感器通過使用另外可包括波長轉(zhuǎn)換(5)裝置、光功率(脈沖能量)控制(6)裝置和光束展寬(8)裝置的超短脈沖激光(4)系統(tǒng)制造；對于光束傳輸，在最佳實施例中使用的是鏡子(7)或光纖(附圖中未顯示)。在對表面進行加工時，必須改變激光束相對基底(I)的位置，這通常通過檢流計式掃描器(9)和/或精密定位鏡臺(11)實現(xiàn)。另外，使用凸透鏡或由許多透鏡組成的物鏡(10)對光束進行聚焦。
[0029]該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以使用能加快基底加工的其他光束整形方法，包括將一個光束分裂成幾個光束、改變聚焦光束截面積或能量分布等。
[0030]本SERS傳感器制造方法包括以下步驟:
[0031]1.對基底(I)進行激光束掃描；
[0032]I1.清洗加工后的基底⑴；
[0033]II1.鍍覆金屬鍍層；
[0034]短脈沖激光粗糙化基底可用不同的金屬鍍層包覆，其中最合適的是金、銀、銅和鉑鍍層。另外，在某些情況下可以使用鋁。
[0035]在最佳實施例中，激光加工表面區(qū)域(2)濺射或以其他方式沉積10nm以上厚度的金屬鍍層。已經(jīng)注意到，形成的鍍層越厚，傳感器的增強作用越大。該領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，只要能保持島形表面結(jié)構(gòu)，金屬鍍層可采用任何厚度。10nm以下厚度的金屬鍍層也能增強拉曼散射，但與較厚的鍍層相比，增強作用較弱。另一方面，鍍層過厚會減小島形活性表面(2)結(jié)構(gòu)并且會消除島間的無鍍層間隙，從而降低這種傳感器的性質(zhì)。因此，在選擇金屬鍍層的厚度時，有必要注意激光處理的表面結(jié)構(gòu)的粗糙度。
[0036]金屬鍍層可鍍覆在基底的整個表面(3)上或通過掩膜進行微粒沉積僅鍍覆在活性表面區(qū)域⑵上。而在另一個實施例中，帶有數(shù)個活性表面區(qū)域⑵的基底⑴用金屬包覆，然后切成方塊使最初基底的每個單獨的塊包括至少一個活性表面。這樣分開的傳感器以后可直接用在拉曼散射測量系統(tǒng)中，或粘合在顯微鏡檢查中使用的其他基底(例如顯微鏡載玻片)上。
[0037]較佳傳感器結(jié)構(gòu)是能使用玻璃片(例如顯微鏡載玻片或蓋玻片)?；妆砻嫔闲纬梢粋€或多個活性表面(2) ο之后，最好用電子、離子、等離子體或磁控濺射給活性表面覆蓋金屬鍍層。在最佳實施例中，形成的活性表面保證部超過基底邊緣?；钚詤^(qū)域(2)與其周圍未加工區(qū)域的表面潤濕性能不同，因此當(dāng)活性表面制成其周邊部達到基底的邊緣，則能對滴在基底上的液體分析物的分布進行更好的控制。
[0038]而在另一個實施例中，包覆金屬過程通過采用超短脈沖激光完成。提供充足的脈沖能量，傳感器表面加工使用的相同激光還能用于金屬沉積。
[0039]下文公開本發(fā)明的一個示例性實施例。
該例示出了一種拉曼散射增強作用非常強的傳感器。但公開的示例和提到的參數(shù)僅用于幫助更好地理解本發(fā)明，決不是用于限制其范圍?？稍诤艽蟮膮^(qū)間內(nèi)改變這些參數(shù)，復(fù)制類似或不同的結(jié)果，但制作過程的主要思想保持不變。
[0040]示例 I
[0041]用飛秒激光射線加工石英玻璃基底表面。脈沖持續(xù)時間為300fs，波長為515nm，并且在用單脈沖照射的期間，基底表面上的能量密度平均達到0，032J/cm2。在處理基底表面的同時，對基底進行平移，以使得在制作方向上和在與平移垂直的方向上，激光脈沖在基底表面的平面上的重疊部分約為70%。
[0042]在對此種活性表面測試的過程中，用633nm波長的激光射線照射吸收的單層苯硫酚分子；記錄下產(chǎn)生的SERS光譜，如圖5所示。這里的銀鍍層為10nm厚。底部的線(12)表示SERS活性區(qū)域(2)旁的銀表面的增強拉曼散射光譜，上部的線(13)表示納米結(jié)構(gòu)吸收的分析物的增強拉曼散射光譜，所述納米結(jié)構(gòu)用飛秒激光制成。刺激電極的平均光功率為lmW，積分時間為100s。
【主權(quán)項】
1.一種等離子體激元傳感器，至少包括一個基底、所述基底上用激光加工的表面區(qū)域和金屬鍍層，其特征在于，用短激光脈沖制作所述激光加工的表面時，表面淺層材料的粘度降低，并且在用于降低粘度的相同脈沖或接連入射的一個或多個脈沖的作用下，形成隨機自組織納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)小于I μ m。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器基底材料為非晶態(tài)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器基底材料躍迀溫度(材料開始軟化的溫度)小于1000°c，最好小于600°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器基底材料為玻璃，最好為鈉鈣硅玻璃。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器基底材料為石英玻璃、鉛玻璃、硼硅酸鹽玻璃或硫系玻璃。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的傳感器，其特征在于，所述基底為顯微鏡檢查中使用的載玻片或蓋玻片。7.一種等離子體激元傳感器的制造方法，至少包括用短激光脈沖加工和在激光加工的表面上鍍覆金屬鍍層，其特征在于，選擇激光脈沖持續(xù)時間和能量時，要保證入射到材料表面上的一個或多個激光脈沖能使淺層材料熔化并且在熔化物和至少一個激光脈沖之間的相互作用下形成小于I μπι的隨機自組織納米結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述激光脈沖持續(xù)時間為lOOfs-lOOps。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，選擇脈沖能量時，要保證基底表面上的激光能量密度只稍稍超過表面燒蝕閾值。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述加工的基底表面接收的單激光脈沖能量密度平均為0.01-0.05J/cm2。11.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，通過選擇不同的波長和/或使用不同的周圍介質(zhì)進行表面加工來形成所需特征尺寸的所述納米結(jié)構(gòu)，然而激光射線波長越短和/或加工環(huán)境中介質(zhì)的折射率越大，形成的納米結(jié)構(gòu)的尺寸越?。患す馍渚€的波長越長和/或加工環(huán)境的折射率越小，形成的納米機構(gòu)的尺寸越大。12.根據(jù)權(quán)利要求7至11任一項所述的方法，其特征在于，所述金屬鍍層通過激光誘發(fā)的濺射包覆，其中沉積通過與在基底(I)表面上形成納米結(jié)構(gòu)使用的相同的激光射線實現(xiàn)。
【專利摘要】一種等離子體激元傳感器，至少包括一個基底(1)、所述基底上用激光加工的活性表面區(qū)域(2)和活性表面(2)上的金屬鍍層，其中用短激光脈沖制作所述激光加工的表面時，表面淺層材料的粘度降低，并且在用于降低粘度的相同脈沖或接連入射的一個或多個脈沖的作用下，形成隨機自組織納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)小于1μm。在最佳實施例中，所述基底材料為非晶態(tài)，例如鈉鈣玻璃或類似材料。另外，本發(fā)明還公開了使用顯微鏡檢查中使用的載玻片或蓋玻片來在其上表面制作活性傳感器區(qū)域(2)。
【IPC分類】C03C23/00, G01N21/65
【公開號】CN105228968
【申請?zhí)枴緾N201380075804
【發(fā)明人】伊沃達斯·派布瑞薩, 格季米納斯·瑞克卡提斯
【申請人】阿托艾迪股份制公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2013年7月29日
【公告號】EP3004017A1, US20160123888, WO2014188237A1