具有可破壞蓋的供在傳感應用中使用的設備的制作方法
【專利摘要】供在傳感應用中使用的設備包括具有包含開口的腔的主體。該設備還包括位于腔中的多個納米指和覆蓋腔中的開口以保護所述多個納米指的可破壞蓋，其中，所述可破壞蓋將被破壞以使得能夠接近所述多個納米指。
【專利說明】具有可破壞蓋的供在傳感應用中使用的設備
【背景技術】
[0001]拉曼散射光譜采用通過光子被正被照明的材料的內部結構非彈性散射而產生的發(fā)射光譜或其譜分量。包含在響應信號(例如，拉曼信號)中的這些譜分量將便于確定分析物種類的材料特性，包括識別分析物。
[0002]然而，通過使用拉曼活性材料(例如，拉曼活性表面)常常顯著地增強拉曼信號水平或強度。例如，由被吸收在數(shù)納米的結構化金屬表面上或內的化合物(或離子)產生的拉曼散射光可以是由溶液中或氣相中的相同化合物產生的拉曼散射光的IO3 — IO12倍。分析化合物的此過程稱為表面增強的拉曼光譜(“SERS”)。近年來，SERS已作為用于研究分子結構和表征界面和薄膜系統(tǒng)的例行且強大的工具而出現(xiàn)，并且甚至使得能夠實現(xiàn)單分子檢測。工程師、物理學家以及化學家繼續(xù)尋找用于執(zhí)行SERS的系統(tǒng)和方法的改進。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]在以下一幅或多幅附圖中以示例的方式舉例說明本公開的特征且本公開的特征并不限于以下的一幅或多幅附圖中，在附圖中相同的數(shù)字指示相同元件，并且在所述附圖中:
圖1A和IB分別地示出了根據本公開的兩個示例的供在傳感應用中使用的設備的側視
圖；
圖1C示出了根據本公開的示例的圖1A中描繪的設備的陣列的頂視圖；
圖2A示出了根據本公開的示例的供在傳感應用中使用的納米指(nano-fingers)陣列的等距視圖；以及
圖2B和2C示出了根據本公開的示例的圖2A中所示的陣列的沿著線A-A的截面圖； 圖3示出了根據本公開的示例的供在傳感應用中使用的傳感設備的框圖；
圖4示出了根據本公開的示例的用于制造圖1A和IB中的一個中描繪的設備的方法的流程圖；以及
圖5示出了根據公開的示例的用于使用在圖1A和IB中的一個中描繪的設備來執(zhí)行傳感應用的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0004]出于簡化和說明性目的，通過主要參考其示例來描述本公開。在以下描述中，闡述了許多特定細節(jié)以便提供對本公開的透徹理解。然而，將顯而易見的是，可以在不限于這些特定細節(jié)的情況下實施本公開。在其他實例中，未詳細地描述某些方法和結構，以免不必要地使本公開含糊難懂。
[0005]遍及本公開，術語“一”和“一個”意圖表示特定元件中的至少一個。如本文所使用的術語“包括”意指包括但不限于，術語“包含”意指包含但不限于。術語“基于”意指至少部分地基于。另外，術語“光”指的是具有在電磁光譜的可見和不可見部分(包括電磁光譜的紅外線和紫外線部分)中的波長的電磁輻射。[0006]本文中公開的是供在諸如SERS、增強的發(fā)光、增強的熒光等的傳感應用中使用的設備。在本文中還公開的是一種用于制造該設備的方法和一種用于使用該設備來執(zhí)行傳感應用的方法。該設備包括具有包含開口的腔的主體、位于該腔中的多個納米指、以及覆蓋腔中的開口的可破壞蓋。該可破壞蓋將例如在其制造之后保護納米指。在一個方面，可破壞蓋將被破壞以使得能夠接近所述多個納米指。在一個示例中，可破壞蓋將在被引入到特定介質中時溶解，所述特定介質諸如是包含要測試物質的介質。在這方面，納米指在其制造之后受到保護，直至諸如將向納米指上引入要測試物質這樣的時間為止。
[0007]根據示例，在設備處于相對清潔的環(huán)境中的同時，可破壞蓋被附著在包含納米指的腔上方。換言之，可破壞蓋在污染物很可能被引入到納米指上且更特別地引入到附著于納米指的拉曼活性材料納米顆粒上之前將腔閉合?？善茐纳w還實質上保護納米指免受例如可能在設備的裝運或設備的其他搬運期間發(fā)生的物理損傷。此外，根據各種示例，納米指和可破壞蓋之間的腔中的間隙填充有填充材料，其防止拉曼活性材料納米顆粒發(fā)生實質上的任何不期望的物理或化學變化。在任何方面，可破壞蓋將保護拉曼活性材料納米顆粒免受來自空氣的污染或降低用于傳感應用的拉曼活性材料納米顆粒的性能的其他可能機制。這延長了設備的儲藏壽命以及增強其可靠性。
[0008]使用如本文公開的具有附著于多個納米指的尖端的拉曼活性材料納米顆粒的多個納米指通常增強電磁場生成和因此的來自要測試物質的光的拉曼散射。換言之，納米指上的緊密定位的納米顆粒使得熱點能夠具有與已被簡單地放置在部件層上的拉曼活性材料納米顆粒相比較大的電場強度，因為例如使用納米指使得能夠形成在相鄰納米顆粒之間具有相對小(小于約IOnm寬)的間隙的納米顆粒的被很好地控制的布置。
[0009]圖1A和IB分別地示出了根據兩個示例的供在傳感應用中使用的設備100、100’的截面?zhèn)纫晥D。設備100、100’中的每一個包括主體102、腔104、可破壞蓋106以及多個納米指110。應理解的是，圖1A和IB中描繪的設備100、100’可包括附加元件，并且在不背離設備100、100’的范圍的情況下可去除和/或修改本文所述的某些元件。還應理解的是，圖1A和IB中所描繪的元件并未按比例繪制，并且因此元件可相對于彼此具有與其中所示的不同的相對尺寸。
[0010]根據示例，傳感應用(針對其將使用設備100、100’ )包括表面增強的拉曼光譜(SERS)、增強的發(fā)光、增強的熒光等。在本示例中，在執(zhí)行傳感應用中將使用設備100、100’來以相對高的靈敏度水平檢測分析物樣本中的分子。更特別地，設備100、100’中的每個包括多個納米指110，其包括將在其上面執(zhí)行SERS的拉曼活性材料納米顆粒(在圖1A和IB中未標記)。下面在本文中相對于圖2A—2C來更詳細地討論納米指110和拉曼活性材料納米顆粒，并且下面在本文中相對于圖3來更詳細地討論用于執(zhí)行SERS的傳感設備。
[0011]同樣如圖1A和IB中所示，可破壞蓋106覆蓋腔104中的開口。雖然在圖1A和IB中未明確地示出，但腔104和可破壞蓋106形成其中容納納米指110的外殼。因此基本上保護了納米指110免受外部環(huán)境所害。換言之，保護納米指110和更特別地在納米指110的尖端上形成的拉曼活性材料納米顆粒免受包括濕氣、空氣、污染物等的各種元素所害。另夕卜，主體102和可破壞蓋106基本上保護納米指110免受物理損壞。此外，當?shù)搅藢⒁獪y試的物質施加在拉曼活性材料納米顆粒上的時候，可破壞蓋106被破壞。下面在本文中更詳細地討論將破壞可破壞蓋106的各種方式。[0012]在兩個設備100、100’中，主體102具有任何適當?shù)慕孛嫘螤睿T如圓形、矩形、三角形等，并具有在約50 μ m至約IOmm范圍內的厚度以及至少在毫米范圍內的寬度和長度。在一個示例中，主體102具有足夠大的尺寸(例如基于用來形成主體102的材料類型)以保持在用戶的手指之間。換言之，設備100、100’的尺寸被確定為充當測試條。用于主體102的適當材料的示例包括紙、娃、氮化娃、玻璃、塑料、聚合物、Si02、Al2O3、招等或這些材料的組合等。
[0013]在圖1A中，將腔104描繪為在主體102內形成?？赏ㄟ^各種制造技術在主體102中形成腔104。例如，將腔104成型到主體102中，從主體102切出等。作為另一示例，腔104包括附著于主體102的單獨區(qū)段。
[0014]在圖1B中，將腔104描繪為通過至少一個支撐壁108在主體102的頂面上形成。該至少一個支撐壁108以任何適當?shù)慕孛媾渲眯纬梢孕纬汕?04。根據示例，該至少一個支撐壁108由與主體102相同的材料形成。然而，替換地，支撐壁108由與主體102的材料不同的材料形成。在任何方面，例如，該至少一個支撐壁108由紙、硅、氮化硅、玻璃、塑料、聚合物、Si02、Al2O3、招等或這些材料的組合等形成。
[0015]另外，雖然已將腔104描繪為位于主體內或上面，但還應清楚地理解的是，在其他示例中，腔104被部分地形成在主體102內和/或位于主體102下面。
[0016]在上述每個示例中，將腔104中的開口描繪為被相應的可破壞蓋106覆蓋?？善茐纳w106在正常環(huán)境條件(例如溫度、光等)下將是穩(wěn)定的。根據示例，將通過施加機械力來破壞可破壞蓋106。因此，例如，可破壞蓋106由諸如薄片玻璃之類的相對脆性材料或其他相對容易破壞的材料形成。在本示例中，將向設備100、100’上施加諸如彎曲、扭絞或其他力之類的機械力以破壞可破壞蓋106，因此使納米指110暴露。
[0017]根據另一示例，當可破壞蓋106經受各種條件時，可破壞蓋106將在預定時間長度內溶解。所述各種條件包括被浸沒于某些流體中或以其他方式與某些流體進行接觸。在這方面，可破壞蓋106由被設計成和/或已知將在所述預定時間長度內溶解在某些流體(諸如，例如糖、蠟等)中的材料形成。舉例來說，某個流體包括水且可破壞蓋106包括水溶性材料，諸如水溶性聚合物、自然發(fā)生或合成的聚合物、多糖、聚環(huán)氧乙烷等。作為另一示例，某個流體包括汽油且可破壞蓋106包括可溶于汽油中的材料。用于可破壞蓋106的材料的示例包括例如油溶性材料，諸如聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺等的同聚物或雜聚物。另外，所述預定時間長度可例如為約一分鐘、約10分鐘、約一個小時、約一天等。該預定時間長度可小于約I年、一個月、一個星期等。
[0018]根據特定示例，可破壞蓋106由被設計成和/或已知將溶解在包含拉曼活性材料納米顆粒上的要測試的物質的流體中的材料形成。舉例來說，要測試的物質包括汽油或類似于汽油的燃料產品，并且將對納米指110周圍的汽油分子執(zhí)行傳感應用以測試燃料產品中的特定標記。例如，將執(zhí)行傳感應用以檢測辛烷水平、雜質、污染物等中的至少一個。因此，在各種方面，使可破壞蓋106與要測試的特定物質匹配，從而使得拉曼活性材料納米顆粒被保持在保護性容器內直至要測試的物質準備好施加于拉曼活性材料納米顆粒上的時間為止。
[0019]根據另一特定示例，可破壞蓋106也至少由不會顯著地影響對拉曼活性材料納米顆粒執(zhí)行的傳感應用的材料組成。換言之，在本示例中，例如當可破壞蓋106被浸沒在要測試的物質中時，可破壞蓋106由基本上不影響要測試的物質的(一種或多種)材料組成。更特別地，例如，可破壞蓋106由相對于要測試的物質而言為惰性的(一種或多種)材料組成。
[0020]如圖1A和IB中所示，可破壞蓋106與納米指110的頂部間隔開。在各種示例中，在納米指110與可破壞蓋106之間形成的間隙填充有填充材料，該填充材料與納米指110且更特別地與在納米指110的尖端上形成的拉曼活性材料納米顆?；旧喜幌嗷プ饔谩Ｔ谶@方面，例如，腔104中的間隙填充有填充材料，該填充材料基本上防止拉曼活性材料納米顆粒發(fā)生不期望的物理或化學變化。舉例來說，填充材料包括惰性氣體，諸如N2、Ar、干空氣
坐寸ο
[0021]在替換示例中，主體102包括包含納米指110的多個腔104和/或腔104中的多個開口。在一個示例中，多個可破壞蓋106被定位成覆蓋多個腔104和/或腔104的開口。在其他示例中，單個可破壞蓋106被定位成覆蓋多個腔104和/或腔104的開口。
[0022]現(xiàn)在轉到圖1C，其中示出了根據示例的在圖1A中描繪的設備100的陣列150的頂視圖。在一個示例中，每個設備100可從陣列150去除以供單獨使用。根據另一示例，所述多個設備100中的不同設備上的多個可破壞蓋106中的兩個可破壞蓋由不同材料形成。在本示例中，可以將陣列150插入不同物質中，使得所述多個可破壞蓋106中的不同可破壞蓋溶解于不同物質的每個中?？刹捎脠D1B中所描繪的設備100’中的多個設備形成類似類型的陣列。
[0023]現(xiàn)在轉到圖2A，其中示出了根據示例的供在傳感應用中使用的納米指110的陣列200的等距視圖。如圖2A中所示，陣列200包括納米指110在其上面延伸的基板202。更特別地，將納米指104描繪為被附著于基板202的表面并在其上面延伸。根據示例，基板202包括主體102的一部分。在本示例中，基板202包括主體102上的腔104的底部。根據另一示例，基板202包括與主體102分離的部件。在本示例中，基板202包括底座，在其上面形成納米指110且其將被定位并附著到腔104內的主體102。另外，基板202可由上文針對主體102所討論的任何材料形成。
[0024]根據示例，納米指110由相對柔性材料形成，以使得納米指110能夠可橫向彎曲，例如以使得納米指110的尖端能夠朝著彼此移動，如下面在本文中更詳細地討論的那樣。用于納米指110的適當材料的示例包括聚合物材料，諸如UV可固化或熱可固化壓印抗蝕齊U、聚烷基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚二甲硅氧烷(PDMS)彈性體、聚酰亞胺、聚乙烯、聚苯乙烯、含氟聚合物等或其任何組合、金屬材料、諸如金、銀、鋁等、半導體材料等及其組合。
[0025]納米指110通過任何合適的附著機制被附著于基板202的表面。例如，通過使用各種合適的納米結構生長技術直接地在基板202表面上生長納米指110。作為另一示例，與基板202成一整體地形成納米指110。例如，在本示例中，對用來制造基板202的材料的一部分進行蝕刻或以其他方式處理以形成納米指110。在另一示例中，將單獨的材料層粘附于基板202表面，并對該單獨的材料層進行蝕刻或以其他方式處理以形成納米指110。在各種示例中，通過納米壓印或模壓過程來制造納米指110，其中，在聚合物矩陣上的多步壓印過程中采用相對剛性的柱的模板來形成納米指110。還可使用在制造微機電系統(tǒng)(MEMS)和納米機電系統(tǒng)(NEMS)時使用的諸如蝕刻之類的各種其他過程和各種技術來制造納米指110。
[0026]納米指110被定義為例如細長的、納米級結構，其具有超過在垂直于長度的平面中所取的納米級截面維度(例如，寬度)的若干倍多的長度(或高度)(例如，長度>3X寬度)。一般地，長度比寬度或截面維度大得多以促進納米指Iio橫向地到一個或多個相鄰納米指110上的彎曲。在某些示例中，該長度超過截面維度(或寬度)約5或10倍多。例如，寬度可為約100納米(nm)且高度可為約500nm。在另一示例中，納米指110的底座處的寬度可在約IOnm與約I微米(Mm)之間的范圍內，并且長度可在約50nm與2Mm之間的范圍內。在其他示例中，基于用來形成納米指110的材料類型來確定納米指110的尺寸。因此，例如，用來形成納米指110的(一種或多種)材料越剛性，納米指Iio的寬度可能越不能使得納米指Iio能夠橫向折疊。在其他示例中，納米指Iio可形成脊，其中三個維度中的兩個(例如，長度和高度)超過納米級截面維度(例如，寬度)若干倍多。在不背離設備100、100’的范圍的情況下，可等效地將納米指110稱為納米桿或納米柱。
[0027]已將納米指110描繪為具有基本上圓柱形截面。然而，應理解的是納米指110可具有其他形狀的截面，諸如，例如矩形、正方形、三角形等。另外或替換地，納米指110可形成有諸如凹口、凸起等的一個或多個特征以基本上促使納米指110傾向于在特定方向上折疊。因此，例如，兩個或更多相鄰納米指110可包括所述一個或多個特征以增加納米指110朝著彼此折疊的可能性。下面在本文中更詳細地描述可用以使納米指110折疊的各種方式。
[0028]陣列200包括納米指110的基本上隨機的分布或納米指110的預定配置。在任何方面，根據示例，納米指110被相對于彼此布置成使得至少兩個相鄰納米指110的尖端能夠在納米指110處于彎曲情況時相互碰觸。以特定示例的方式，相鄰納米指110被定位為相互分離小于約100納米。另外，雖然圖2A將陣列描繪為具有沿著每行布置的相對大量的納米指110，但應理解的是，在不背離設備100、100’的范圍的情況下，陣列可在每行中包括任何數(shù)目的納米指110。在一方面，設備100、100’包括相對大量的納米指110以通常提高捕捉到要測試的物質的分子的可能性。
[0029]同樣如圖2A中所示，在納米指110的尖端上提供納米顆粒210。納米顆粒210 —般地包括拉曼活性材料納米顆粒。拉曼活性材料納米顆粒210包括金屬，諸如金、銀、銅、鉬、鋁等或者以合金形式的這些金屬的組合、或者能夠支持表面等離子體激元以用于針對拉曼散射的場增強的其他適當材料。另外，拉曼活性材料納米顆粒210可以是多層結構，例如具有I至50 nm金外涂層的10至100 nm銀層，或者反之亦然。在本文中根據定義，拉曼活性材料是促進在拉曼光譜測量期間來自位于拉曼活性材料附近的樣本的拉曼散射的材料。
[0030]現(xiàn)在轉到圖2B，其中示出了根據示例的陣列200的圖2A中所示的沿著線A— A的截面圖。另外，納米指110的自由端208在放大部分220中被放大，其顯示拉曼活性材料納米顆粒210被設置在納米指110的外表面上，在尖端或自由端208附近。其他納米指110還包括由納米指110的頂部或自由端208上的圓圈所表示的拉曼活性納米顆粒210。雖然放大部分220將拉曼活性材料納米顆粒210描繪為覆蓋納米指110的整個尖端208，但應理解的是，設備100、100’的示例可以被實現(xiàn)為在某些納米顆粒210之間具有間隙。還應注意的是，設備100、100’的示例不限于剛好位于納米指110的尖端上的納米顆粒210。在其他示例中，將納米顆粒212設置在納米指110的一部分或幾乎整個表面上。
[0031]在任何方面，可通過例如金屬材料的物理汽相沉積(PVD)、化學汽相沉積(CVD)、濺射等或預先合成納米顆粒的自組裝而將拉曼活性納米顆粒210沉積到至少納米指110的自由端208上。舉例來說，控制用以將納米顆粒210沉積到納米指110的第二自由端208上的角度以從而基本上控制納米顆粒210的沉積。
[0032]另外，拉曼活性材料納米顆粒210可進行增強拉曼散射和促進分析物吸收中的一者或兩者。例如，拉曼活性材料納米顆粒210包括拉曼活性材料，諸如但不限于具有納米級表面粗糙度的金(Au)、銀(Ag)以及銅(Cu)。一般地用(一個或多個)層的表面上的納米級表面特征來表征納米級表面粗糙度，并且納米級表面粗糙度可在(一個或多個)拉曼活性材料層的沉積期間自發(fā)地產生。在本文中根據定義，拉曼活性材料是在拉曼光譜測量期間促進來自被吸收在表面層或材料上或中的分析物的拉曼散射和拉曼信號的產生或發(fā)射的材料。
[0033]雖然在圖2A — 2B中已將納米指110描繪為均垂直地延伸并且相對于彼此處于相同的高度，但應理解的是，某些或所有納米指110可相對于彼此以各種角度和高度延伸。納米指110之間的角度和/或高度的差可基于例如由在納米指110的制造中和納米顆粒210在納米指110上的沉積等中存在的制造或生長偏差引起的差。
[0034]如圖2B中所示，納米指110處于第一位置，其中，自由端208相對于彼此處于基本上間隔開的布置。自由端208之間的間隙204可具有足夠大的尺寸以使得分析物或其他液體能夠位于間隙204中。另外，間隙204可具有足夠小的尺寸以使得至少某些納米指210的自由端208能夠通過例如隨著分析物或其他液體干燥而施加在自由端208上的毛細管力而隨著分析物或其他液體蒸發(fā)而朝著彼此移動。
[0035]現(xiàn)在轉到圖2C，其中示出了根據另一示例的陣列200的圖2A中所示的沿著線A—A的截面圖。圖2C中描繪的視圖與圖2B中描繪的視圖相同，只是在第二位置上描繪了納米指110，其中，某些納米指110的自由端208基本上處于相互接觸。根據示例，某些納米指110的自由端208可由于在自由端208之間的間隙204中的液體的蒸發(fā)期間和之后施加在自由端208上的毛細管力而基本上處于相互接觸，并且可保持該基本上相互接觸達一段時間。在其他示例中，可通過例如去除自由端208上的靜電電荷來將某些納米指110的自由端208保持在第二位置。在那些示例中，可將納米指110制造成正常地具有在圖2C中描繪的第二位置，并且當向納米指110的自由端208上施加靜電電荷時，可具有圖2B中所描繪的第一位置。
[0036]在任何情況下，并且在一個方面，促使納米指110的自由端208如圖2C中所示地相互接觸以促使要測試的分析物分子基本上被俘獲在接觸的自由端208之間。通過在自由端208之間基本上俘獲要測試的分析物分子，可增強分析物分子上的SERS，因為自由端208之間的相對小的間隙產生具有相對大的電場強度的“熱點”?；旧戏@分析物分子在這里意指指示可將分析物分子俘獲在兩個自由端208之間，或者可將分析物分子附著在相鄰定位的自由端208的自由端208之一上。
[0037]現(xiàn)在參考圖3，其中示出了根據示例的供在傳感應用中使用的傳感設備300的框圖。如圖3中所示，傳感設備300包括圖1A中所描繪的設備100，雖然可以等效地提供圖1B中所描繪的設備100’。在這方面，在收集到要測試的物質310的納米指110上之后，將使用傳感設備300。換言之，在去除可破壞蓋并向要測試的物質中引入納米指110之后，設備100將被插入傳感設備300中。
[0038]傳感設備300還被描繪為包括照明源302和檢測器304。要測試的物質310的分子還被描繪為與拉曼活性材料納米顆粒210相接觸地且非常接近地定位。根據示例，將修改設備100與照明源302和檢測器304的相對位置，以從而使得能夠在拉曼活性材料納米指110的各種位置上執(zhí)行測試。在本示例中，設備100可相對于傳感設備300移動，傳感設備300可相對于設備100移動，或者兩者都是。
[0039]照明源302被描繪為發(fā)射如箭頭306所表示的電磁輻射，其包括例如光。舉例來說，照明源302包括照亮物質310和拉曼活性材料納米顆粒210的激光。拉曼活性材料納米顆粒210的照明促使發(fā)生相對大電場強度的熱點。熱點在其中拉曼活性材料納米顆粒210相互接觸(未示出)的位置處增加。在拉曼活性材料納米顆粒210之間的接觸位置處產生的電場通常增強拉曼光被位于接觸位置處或附近的物質310散射的速率。用箭頭308表示的拉曼散射光在頻率方面移位一個數(shù)量，該數(shù)量是物質310的特定振動模式的特性。檢測器304將收集拉曼散射光308，并將對拉曼散射光308執(zhí)行譜分析。
[0040]接近或鄰近于物質310定位的拉曼活性材料納米顆粒210將通過會聚或以其他方式增強物質310中或周圍的電磁場來增強拉曼散射光308從物質310的產生。在這方面，因此物質310將產生足夠強的拉曼散射光308以被檢測器304檢測并處理的可能性也將增加。
[0041]雖然拉曼散射光308已被描繪為指向檢測器304，但拉曼散射光308是在多個方向上發(fā)射的。在這方面，可將某些拉曼散射光308指引到主體102中，其在一個示例中包括光學波導。更特別地，例如，由于物質310耦合到波導模的漸逝場而可以在主體102中產生拉曼散射光308。在這些情況下，可將檢測器304定位成檢測由拉曼散射光308在主體102中產生的波。在任何方面，308可包括濾波器以例如通過使用基于光柵的單色儀或干涉濾波器而濾出源自于照明源302的光?？商鎿Q地相對于納米指110將檢測器304定位于其他位置，例如在圖3中的主體102下面。
[0042]在任何方面，檢測器304通常將從物質310發(fā)射的拉曼散射光308轉換成電信號。在某些示例中，檢測器304將向將處理電信號的其他部件(未示出)(諸如計算設備)輸出電信號。在其他示例中，檢測器304配備有處理能力。
[0043]現(xiàn)在轉到圖4，其中示出了根據示例的用于制造設備100、100’以供在傳感應用中使用的方法400的流程圖。應理解的是，在不背離方法400的范圍的情況下，方法400可包括附加處理，并且可去除和/或修改本文所述的某些處理。
[0044]在方框402處，獲得具有腔104的主體102。如上文所討論的，主體102包括使得主體102能夠被用作測試條的尺寸。另外,主體102由各種類型的材料組成，并且被形成為具有腔104或者腔104被形成到主體102中。此外，可將主體102形成為如圖1C中所示的主體102的陣列的一部分，從而使得可同時地制造設備100、100’中的多個設備。
[0045]在方框404處，多個納米指110位于腔104中。根據示例，直接將納米指110形成到腔104的主體102部分的表面上。在另一示例中，在基板202上形成納米指110，并且將基板202定位于腔104的主體102部分的表面內并附著到其表面。
[0046]根據示例，實現(xiàn)納米壓印技術或輥到輥處理以在主體102或基板202的表面上形成納米指110。在本示例中，可通過光刻法或其他高級平版印刷術以期望的圖案化來形成模板以在預定布置中布置納米指110。更特別地，例如，可通過電子束平版印刷、光刻法、激光干涉平版印刷、聚焦離子束(FIB)、球體自組裝等在模具上設計期望圖案。另外，可將圖案轉印到例如硅、玻璃或聚合物基板(PDMS、聚酰亞胺、聚碳酸酯等)上。在其他示例中，可通過實現(xiàn)任何適當?shù)闹圃爝^程而在預定布置中形成納米指110。另外，可通過如上文所討論的任何適當?shù)母街鴻C制而在主體102或基板202的表面上提供納米指110。
[0047]在方框406處，將拉曼活性材料納米顆粒210附著于納米指110的尖端。更特別地，如上文針對圖2B所討論的，將拉曼活性材料納米顆粒210附著于納米指110的尖端208?？赏ㄟ^例如金屬材料的物理汽相沉積(PVD)、化學汽相沉積(CVD)、濺射等或預先合成納米顆粒的自組裝而將拉曼活性材料納米顆粒210的原子或原子簇沉積到納米指110的尖端上。
[0048]在方框406處，用可破壞蓋106覆蓋腔104中的開口以保護納米指110。例如通過使用粘合劑、熱量、機械緊固件等中的至少一個將可破壞蓋106附著于主體102(圖1A)或支撐壁108 (圖1B)的表面上。根據示例，可破壞蓋106被密封到主體102或支撐壁108。另外或替換地，在納米指110與可破壞蓋106之間形成的間隙填充有填充材料，該填充材料與納米指110且更特別地與在納米指110的尖端上形成的納米顆粒210基本上不相互作用。同樣地，將填充材料選擇成使得填充材料不會顯著地降低拉曼活性材料納米顆粒210的性倉泛。
[0049]在某些示例中，納米指110朝著彼此折疊，從而使得納米指110的尖端208在于方框408處用可破壞蓋106來覆蓋腔104之前基本上相互接觸。根據示例，納米指110最初處于第一位置，其中其尖端208相對于彼此處于基本上間隔開的布置。另外，納米指110的尖端之間的間隙具有足夠大的尺寸以使得能夠在間隙中供應液體。此外，間隙具有足夠小的尺寸以使得納米指110的尖端208能夠通過例如隨著液體干燥而在尖端上施加的毛細管力而隨著液體蒸發(fā)而朝著彼此移動?？赏瑯拥鼗蛱娲乩弥T如電子束、離子束、磁、機械力、熱效應或電荷效應之類的其他非限制性示例來促使納米指110的尖端208朝著彼此移動。在任何方面,拉曼活性材料納米顆粒210可例如通過那些接觸的納米顆粒210之間的范德華力相互作用而相互接觸并保持相互接觸。
[0050]在其他示例中，在用可破壞蓋106來覆蓋腔104之前將納米指110的尖端208保持處于基本上分離的布置。在這些示例中，可在去除可破壞蓋106之后，使納米指110的尖端208基本上相互進行接觸。例如，可在納米指110之間引入要測試的物質，并對其進行干燥，其可促使納米指110的尖端朝著彼此移動并俘獲要測試的物質的分子。
[0051]現(xiàn)在轉到圖5，其中示出了根據示例的用于使用圖1A — IB中所描繪的設備100、100’來執(zhí)行傳感應用的方法500的流程圖。應理解的是，在不背離方法500的范圍的情況下，方法500可包括附加處理，并且可去除和/或修改本文所述的某些處理。
[0052]在方框502處，將設備100、100’的至少一部分插入要測試的物質中。被插入到要測試的物質中的那部分設備100、100’包括包含可破壞基板106和納米指110的那部分設備100、100’，雖然可插入整個設備100、100’。如上文所討論的，在某些示例中，可破壞材料106包括在預定時間長度內溶解在要測試的物質中的材料。該預定時間長度可包括例如小于約一分鐘、小于約一小時等。同樣地，包含可破壞蓋106的設備100、100’的所述區(qū)域的插入促使可破壞蓋106溶解，從而使要測試的物質暴露于包含在腔104中的拉曼活性材料納米顆粒210。此外，在去除可破壞蓋106之前將可破壞蓋106直接插入到要測試的物質中防止污染物引入到拉曼活性材料納米顆粒210上，因此導致相對更準確的傳感應用結果。
[0053]在方框504處，從要測試的物質中去除設備100、100’。在去除設備100、100’期間，要測試的物質的某部分保持在拉曼活性材料納米顆粒210上。[0054]在方框506處，對保持在拉曼活性材料納米顆粒210上的物質執(zhí)行傳感應用。傳感設備300可執(zhí)行如上文針對圖3所討論的傳感應用。
[0055]根據示例，在從要測試的物質中去除設備100、100’之后，使納米指110的尖端208基本上相互接觸。例如，可在納米指110之間引入要測試的物質并對其進行干燥，促使納米指110的尖端朝著彼此移動并俘獲要測試的物質的分子。
[0056]雖然遍及整個本公開具體地進行了描述，但本公開的代表性示例在廣泛的應用范圍內具有實用性，并且以上討論并不意圖且不應被理解為是限制性的，而是作為本公開的方面的說明性討論而提供。
[0057]在本文中已經描述和圖示出的是示例以及其變體中的某些。在本文中所使用的術語、描述和圖僅僅是以舉例說明的方式闡述的，并且不意味著作為限制。在意圖由以下權利要求 及其等價物 來限定的本主題的精神和范圍內可以有許多變體，其中，除非另外指明，否則所有術語是在其最寬泛的合理意義上表達意思的。
【權利要求】
1.一種供在傳感應用中使用的設備，所述設備包括: 主體，其具有包含開口的腔； 位于腔中的多個納米指；以及 可破壞蓋，其覆蓋腔中的開口以保護所述多個納米指，其中，可破壞蓋將被破壞以使得能夠接近所述多個納米指。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個納米指包括相應的底座和尖端，所述設備還包括: 拉曼活性材料納米顆粒，其被附著于所述多個納米指的相應尖端。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個納米指被形成為直接在主體的表面上和在位于腔內的基板上中的一個。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，所述可破壞蓋被以密封所述腔的方式附著于在腔的開口周圍的區(qū)域。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，在所述多個納米指與所述可破壞蓋之間提供間隙，其中，所述間隙填充有基本上不與所述多個納米指相互作用的填充材料。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，包含腔和可破壞蓋的主體的一部分將被沉積到要測試的物質中，并且 中，所述可破壞蓋包括在預定時間長度內在要測試的物質中分解的材料。
7.根據權利要求6所述的設備，其中，要測試的物質包括燃料產品。
8.根據權利要求6所述的設備，其中，在所述多個納米指與所述可破壞蓋之間提供間隙，其中，所述間隙填充有基本上不與所述多個納米指相互作用的填充材料。
9.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個納米指中的每一個由柔性材料組成，并且其中，所述多個納米指朝著彼此折疊，使得所述多個納米指的尖端基本上相互接觸。
10.一種制造根據權利要求1所述的設備的方法，所述方法包括: 包含具有腔的主體； 在主體的表面和位于腔內的基板中的至少一個上形成所述多個納米指； 用可破壞蓋覆蓋腔中的開口。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括: 在用可破壞蓋覆蓋腔中的開口之前，將拉曼活性材料納米顆粒附著到所述多個納米指的尖端上。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，用可破壞蓋來覆蓋腔中的開口還包括用可破壞蓋來密封腔。
13.根據權利要求10所述的方法，其中，用可破壞蓋來覆蓋腔還包括覆蓋腔，使得在所述多個納米指與可破壞蓋之間提供間隙，所述方法還包括: 用基本上不與所述多個納米指相互作用的填充材料來填充間隙。
14.一種用于使用權利要求2的設備來執(zhí)行傳感應用的方法，其中，所述可破壞蓋包括在預定時間長度內溶解在要測試的物質中的材料，所述方法包括: 將所述設備的至少一部分插入要測試的物質中，其中，要測試的物質使得可破壞蓋溶解，從而使要測試的物質暴露于所述多個拉曼活性材料納米顆粒； 從該物質中去除傳感設備；以及對保持在拉曼活性材料納米顆粒上或附近的物質部分執(zhí)行傳感應用。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述要測試的物質包括流體，所述方法還包括: 在執(zhí)行傳感應用之前基本上干燥來自拉曼活性材料納米顆粒的要測試的物質，其中，干燥該物質促使拉曼活性材料納米顆粒朝著彼此折疊。
【文檔編號】G01J3/44GK104011520SQ201180074110
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2011年10月26日 優(yōu)先權日:2011年10月26日
【發(fā)明者】Z.李, G.L.小馮德蘭 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)