專利名稱：溶質(zhì)的濃縮和定位裝置以及用于濃縮和定位溶質(zhì)的方法
溶質(zhì)的濃縮和定位裝置以及用于濃縮和定位溶質(zhì)的方法本發(fā)明涉及溶質(zhì)的濃縮和定位裝置以及用于濃縮和定位溶液中的溶質(zhì)的方法。已知微結(jié)構(gòu)表面具有幾何形狀以再現(xiàn)荷葉的性質(zhì)，從而利用已知的“荷花效應(yīng)”。當(dāng)荷葉被液體浸濕時(shí)它們顯示出特別的性質(zhì)；由于這種表面的微小 (micrometric)波紋，液體形成清晰的液滴。這種毫米級(jí)的波紋在水-葉表面-空氣界面上產(chǎn)生高接觸角。從而，由于降低了在表面本身上的附著力，液體易于從該表面滑落而不弄潮濕它。由于這些表面具有疏水性質(zhì)，因此它們通常用作自潔表面。通常需要識(shí)別溶液內(nèi)部存在的溶質(zhì)。這通常通過(guò)使用以下裝置來(lái)進(jìn)行，例如基于 uv(紫外線)吸收、動(dòng)態(tài)光散射、紅外分光鏡的光學(xué)裝置或利用化學(xué)性質(zhì)的裝置，例如液相或氣相色譜。然而，這些裝置具有以下缺點(diǎn)，當(dāng)溶液很稀時(shí)很難定位溶質(zhì)，因此有必要對(duì)全部溶液進(jìn)行分析，花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間才能夠識(shí)別所需要的物質(zhì)。因此本發(fā)明的目的是提出一種溶質(zhì)的濃縮和定位裝置以及一種在小區(qū)域的空間中濃縮和定位溶質(zhì)的方法，從而允許快速地識(shí)別溶質(zhì)本身。此目的和其他目的通過(guò)一種裝置和方法得以實(shí)現(xiàn)，在權(quán)利要求1中對(duì)所述裝置的特征進(jìn)行了限定，在權(quán)利要求12中對(duì)所述方法的特征進(jìn)行了限定。具體的實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的對(duì)象，它們的內(nèi)容被理解為本描述的整體和整體的一部分。簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的裝置利用了在該裝置表面和放置在該表面上的溶質(zhì)之間形成的高接觸角，和該表面的超疏水性，并利用蒸發(fā)原理來(lái)檢測(cè)在該溶質(zhì)中稀釋到阿摩爾
摩爾/升)濃度的分子。參考附圖，通過(guò)下面僅僅作為非限制性例子的詳細(xì)描述，本發(fā)明更多的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的俯視圖，和圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的操作的流程圖。在圖1中根據(jù)本發(fā)明的裝置整體上用附圖標(biāo)記1表示。這種裝置1包括基底2， 例如硅或光敏聚合物或玻璃，在其上是棱柱狀的刻蝕微結(jié)構(gòu)4，優(yōu)選具有平行六面體的形狀，形狀比(該平行六面體的高度與基部區(qū)域之間的比例)大于預(yù)定值T，例如20。這種微結(jié)構(gòu)4垂直地布置在基底2的表面上，它們以周期性的方式彼此間隔預(yù)定距離6，范圍為 20-50 μ m,并且它們的基部區(qū)域范圍為1-10 μ m。該微結(jié)構(gòu)4，例如由硅或光敏聚合物制成，本身是通過(guò)已知的沉積或刻蝕和侵蝕 (attack)工藝獲得的。由于這種周期性的微結(jié)構(gòu)4的存在使該基底2變得超疏水。在本發(fā)明的第一變型中，在微結(jié)構(gòu)4的頂部8進(jìn)行貴金屬例如銀或金的化學(xué)沉積。 貴金屬發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，從而在該微結(jié)構(gòu)4的頂部8產(chǎn)生銀或金的連續(xù)的波紋狀膜。在本發(fā)明的第二和第三變型中，在各刻蝕微結(jié)構(gòu)4的頂部8上形成納米結(jié)構(gòu)。
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特別地，在本發(fā)明的第二變型中組合了高分辨率電子束刻蝕和貴金屬如銀或金的化學(xué)沉積。該貴金屬的氧化-還原反應(yīng)在該微結(jié)構(gòu)4的頂部8產(chǎn)生了矩陣形狀的副框架，該矩陣形狀的副框架形成納米柱體的棋盤(pán)，并且高度范圍為30-100nm，周期范圍為 35-125nm。這種納米柱體的直徑范圍為30-100nm并相對(duì)于該頂部8的表面垂直布置。在本發(fā)明的第三變型中，代替納米柱體的是等離子透鏡，確切地說(shuō)是線性鏈(自相似的)，包括多個(gè)，特別是三個(gè)，直徑范圍為IO-IOOnm的納米球體。此后，在該微結(jié)構(gòu)4上置放預(yù)定材料，優(yōu)選聚四氟乙烯的一些單層，，總厚度在 l-2nm范圍內(nèi)。這里，在制得該裝置1后，使用所述裝置1來(lái)濃縮和定位一定量的溶解在溶液內(nèi)部的溶質(zhì)成為可能。圖2示意了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行操作的流程圖。第一步操作50是將一滴溶液，優(yōu)選無(wú)機(jī)溶液或蛋白質(zhì)懸浮液，在室溫下，置放到上面所說(shuō)明的類型的裝置1上，所述的液滴具有球形形狀，直徑范圍100 μ m-3mm。由于在該液滴和該微結(jié)構(gòu)4本身之間存在高的接觸角，這種液滴自己定位于一組微結(jié)構(gòu)4上，例如由 50X50的微結(jié)構(gòu)4限定的區(qū)域上，并保持靜止、懸浮在該微結(jié)構(gòu)4上。優(yōu)選地，這種接觸角的范圍為160° -170°。由于單層聚四氟乙烯的存在，因此相對(duì)于沒(méi)有這種單層時(shí)的接觸角的值，在該溶液-微結(jié)構(gòu)-空氣界面上的接觸角的值增大了。在步驟55等待一段預(yù)定長(zhǎng)的時(shí)間，例如20分鐘；在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)該液滴的溶劑蒸發(fā)并且該液滴尺寸減小并保持它的球形形狀。在溶劑蒸發(fā)之后該液滴尺寸減小但卻并沒(méi)有將溶質(zhì)殘余遺留在該微結(jié)構(gòu)4上，而液滴遺留殘余物是由于尺寸減小引起的。此外，由于該高接觸角，液滴保持懸浮在該微結(jié)構(gòu)4上但沒(méi)有滲入它們之間。在步驟60中重復(fù)蒸發(fā)步驟，從而逐漸地減小液滴的尺寸，直到例如該液滴直徑等于40 μ m，保持初始存在于液滴中的溶質(zhì)的量不變而將其濃度增加一萬(wàn)倍。這種直徑減小的液滴置放到更少數(shù)目的刻蝕微結(jié)構(gòu)4上，例如在等于例如20 μ m2 的區(qū)域10上的四個(gè)或八個(gè)微結(jié)構(gòu)4上。當(dāng)該液滴達(dá)到預(yù)定的最小半徑時(shí)，例如40 μ m,它會(huì)坍塌(通過(guò)65)，確切地說(shuō)是均勻地展開(kāi)在該區(qū)域10的刻蝕微結(jié)構(gòu)4上。由于該液滴尺寸逐漸減小過(guò)程中沒(méi)有溶質(zhì)損失，相對(duì)于初始的液滴獲得溶質(zhì)濃縮，尤其是等于一萬(wàn)倍以上的濃縮。此外，該溶質(zhì)位于該裝置的預(yù)定的、很小的區(qū)域10。在步驟70通過(guò)例如Raman或熒光顯微鏡掃描該區(qū)域10來(lái)檢測(cè)該溶質(zhì)。用顯微鏡照射該區(qū)域10，顯微鏡向所述區(qū)域10發(fā)射一束具有預(yù)定電場(chǎng)的激光，通過(guò)該裝置1的區(qū)域 10反射的光通過(guò)衍射光柵獲得反射光譜來(lái)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)該反射光譜進(jìn)行光譜分析，來(lái)檢測(cè)該液滴中存在的溶質(zhì)。在區(qū)域10的刻蝕微結(jié)構(gòu)4的頂部8上形成的金或銀的波紋膜或納米結(jié)構(gòu)將該局部電場(chǎng)放大，然后變的大于入射光的電場(chǎng)，形成表面等離子體激元。這樣達(dá)到了很高的檢測(cè)靈敏度，特別地，甚至溶質(zhì)的單個(gè)分子也能被檢測(cè)到?？蛇x地，這種溶質(zhì)是污染化學(xué)試劑，例如二惡英，根據(jù)本發(fā)明的該裝置1形成在包裝膜上。因此通過(guò)進(jìn)行上述的濃縮和定位過(guò)程操作，可以利用該裝置1來(lái)檢測(cè)存在于食品、 服裝等的包裝上的污染物質(zhì)。
顯而易見(jiàn)地，在保持本發(fā)明的原理不變的情況下，相對(duì)于僅作為例子而不作為限定目的的描述和說(shuō)明，可以對(duì)實(shí)施例和構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行很大的改變，并不因此而脫離所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種溶質(zhì)的濃縮和定位裝置(1)，所述裝置(1)包括-基底O)；-多個(gè)棱柱狀的刻蝕微結(jié)構(gòu)G)，所述多個(gè)棱柱狀的刻蝕微結(jié)構(gòu)(4)從所述基底(2)垂直升起，并且以周期性的方式彼此間隔開(kāi)，使得該基底( 具有超疏水性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述微結(jié)構(gòu)(4)具有各自的頂部(8)，所述裝置在各頂部(8)包括設(shè)置納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)布置成使得所述頂部(8)的所述表面不平坦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括波紋狀的連續(xù)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)垂直地放置到所述頂部 (8)的所述表面上的納米柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)納米球體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述納米結(jié)構(gòu)在頂部(8)具有周期性的構(gòu)造。
7.根據(jù)在前的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述刻蝕微結(jié)構(gòu)(4)具有平行六面體的形狀。
8.根據(jù)在前的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述刻蝕微結(jié)構(gòu)(4)彼此間隔開(kāi)范圍為20-50 μ m的距離(6)。
9.一種用于獲得溶質(zhì)的濃縮和定位裝置的方法，包括步驟-在基底( 上獲得從所述基底( 垂直地升起的多個(gè)棱柱狀的刻蝕微結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)棱柱狀的刻蝕微結(jié)構(gòu)以周期的方式彼此間隔開(kāi)，使得所述基底(2)具有超疏水性；-在各刻蝕微結(jié)構(gòu)(4)的頂部(8)上獲得納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)布置成使得所述頂部 (8)的所述表面不平坦。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中獲得納米結(jié)構(gòu)的步驟包括步驟-對(duì)貴金屬進(jìn)行化學(xué)沉積；-置放預(yù)定材料的多個(gè)單層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述獲得納米結(jié)構(gòu)的步驟包括步驟-以配合的方式進(jìn)行高分辨率的電子束刻蝕和貴金屬的化學(xué)沉積；-置放預(yù)定材料的多個(gè)單層。
12.一種用于濃縮和定位溶質(zhì)的方法，包括步驟-提供用于根據(jù)權(quán)利要求1到8中的任一項(xiàng)所述的溶質(zhì)的濃縮和定位裝置(1)；a)在所述裝置上置放(50)包含待濃縮和定位的溶質(zhì)的一滴溶液；b)等待(5 —段預(yù)定的時(shí)間間隔使得所述液滴部分地蒸發(fā)從而減少它的體積并且增加所述溶質(zhì)的濃度；c)重復(fù)步驟b)直到所述液滴達(dá)到占據(jù)所述裝置(1)上的預(yù)定區(qū)域(10)的最小的預(yù)定體積。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述裝置(1)包括所述納米結(jié)構(gòu)，所述方法包括步驟-用具有預(yù)定電場(chǎng)的入射光束照射所述區(qū)域(10)；-獲取經(jīng)過(guò)所述區(qū)域(10)反射的光，由于所述納米結(jié)構(gòu)的存在，所述反射光的電場(chǎng)大于所述入射光的所述電場(chǎng)；-通過(guò)所述反射光的光譜分析揭示存在于所述溶液內(nèi)部的所述溶質(zhì)。
全文摘要
溶質(zhì)的濃縮和定位裝置(1)包括基底(2)和從基底(2)上垂直升起的多個(gè)棱柱狀的刻蝕微結(jié)構(gòu)(4)。該微結(jié)構(gòu)(4)以周期性的方式彼此間隔開(kāi)使得該基底(2)具有超疏水性。
文檔編號(hào)B01L3/00GK102292158SQ200980134030
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者E·M·迪發(fā)布里滋奧, F·德安格利斯, F·根蒂勒, F·梅卡里尼, G·庫(kù)達(dá) 申請(qǐng)人:卡爾梅德有限公司