拉曼检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开一种拉曼检测方法与系统。本发明专利技术的检测方法包括提供一流体待测物在一信号增益结构上，并提供一激光光源在该信号增益结构上，该结构具有一Ｖ型沟槽可使待测物的拉曼信号放大。本发明专利技术另提供一拉曼检测系统，包含上述信号增益结构与一拉曼检测仪。

Raman detection method and system

The invention discloses a Raman detection method and system. The detection method of the invention includes providing a fluid analyte in a signal gain structure, and provides a laser light source in the signal gain of the structure, the structure has a V groove can make the Raman signal of analyte amplification. The invention also provides a Raman detection system, which comprises a signal gain structure and a Raman detector.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种拉曼检测方法与系统，且特别是涉及一种利用信号增益结构检测流体待测物拉曼信号的方法与系统。
技术介绍
拉曼检测的优点是其为非破坏检测、不需检体前处理、可处理不同型态的样品，由分子特殊的信息，判断分子的组成。然而，其信号灵敏度很弱，因此，须通过信号放大，产生足以判别的信号。现有拉曼信号的放大方式有两种，分别为金属微结构的设计或纳米颗粒的选用及处理以强化拉曼信号。在金属微结构的设计部分，有文献提出比较不同尺寸中空圆柱对的拉曼信号强度变化的研究，结果显示尺寸小者，拉曼强度较大。而纳米颗粒的选用及处理部分，其信号放大机制取决于颗粒间的空间与表面特性。例如美国专利US 7443489，将光谱活性(Spectroscopy-active)的标签与表面增益活性(Surfaceenhanced spectroscopy-active)的金属纳米颗粒结合，达成放大信号的目的，其关键技术在涂布颗粒表层材料的配方。此外，不同形状的纳米管(nanonanotubes)、纳米圆盘(nanodisc arrays)、纳米夹层(nanoburgers)、纳米三角梭柱(triangular nano—prisms)、纳米天线 (nanoantermas)、纳米针(nanopins)等几何构型皆有相关文献研究。
技术实现思路
本专利技术的拉曼检测方法，包括提供一流体待测物在一信号增益结构上，其中该信号增益结构包括一基材、至少一 V型沟槽形成于该基材中；提供一激光光源在该信号增益结构上的该流体待测物以产生一表面增益的拉曼信号；及以一拉曼光谱仪检测该拉曼信号。本专利技术另提供一拉曼检测系统，用以检测流体待测物，包括一信号增益结构，包括一基材、以及至少一 V型沟槽形成于该基材中；以及，一拉曼光谱仪，用于检测该流体待测物的拉曼信号。为让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下附图说明图Ia为本专利技术实施例的拉曼检测系统示意图；图Ib 图Ie显示各种信号增益结构的剖视图；图加 图2b为金属粒子在基材表面的放大示意图，用以说明V型沟槽对于金属粒子间距的影响；图3a 图3c分别显示长方形、半圆形、V型沟槽等不同断面形状对拉曼信号强度的影响；图4显示单一 V型沟槽深度对拉曼信号强度的影响；3图5显示单一具有平底的V型沟槽不同截面拉曼信号强度变化；图6为比较V型沟槽阵列与单一 V型沟槽不同截面拉曼信号强度变化；图7显示V型沟槽阵列不同截面拉曼信号强度变化。主要元件符号说明100 信号增益结构；102 流体待测物；102a 分析物；102b 纳米金属粒子；104 基材；104a 平面基材；105 V型沟槽；105a 具有尖端的V型沟槽；105b 具有平底的V型沟槽；105c V型沟槽阵列；105d V型沟槽阵列；dl，d2 金属颗粒间隙；θ 倾斜角度；W1 单一 V型沟槽宽度；W2 V型沟槽阵列宽度；D V型沟槽深度；d V型沟槽间距；106 金属披覆层；106a 金属颗粒；108 光源；110 拉曼光谱仪。具体实施例方式本专利技术提供了一种拉曼信号的增益技术，以倾斜侧边的V形沟槽结构，做为侦测信号放大的分析系统，对于检体或受测样品中的拉曼信号，有增强信号的作用，达成检测信号增益的效果。图Ia绘示本专利技术一实施例的拉曼检测系统，其包含一拉曼光谱仪110以及一信号增益结构100。由于拉曼光谱仪110通常可由以下单元组成光源、单色光器、样品载台、侦测点固定装置、电荷耦合元件(CCD)、光扩大器与电子信号处理机等。拉曼光谱仪的结构非关本专利技术特征，为简化图示起见，此处仅绘示出拉曼光谱仪的激光光源108。如图中所示，本专利技术的信号增益结构100包括至少一 V型沟槽105的微流道形成于基材104中。基材104的材料可为高分子材料、半导体材料、金属材料或陶瓷材料。V型沟槽105可以利用光刻与蚀刻技术形成，或者利用机械加工方式形成。V型沟槽105表面覆盖一层由纳米金属颗粒组成的金属披覆层106，可利用等离子体溅镀方式形成，其材料可为金、白金或银等高导电性材料。请参见图加，V型沟槽105可使金属颗粒106a间的距离dl缩短，金属颗粒间的间隙小可使电场强度增加，使其更易产生共振等离子体，达成拉曼表面散射信号增益的效果。 反观，当金属颗粒106a位于一平面基材10 时，其粒子间隙d2相对较大(d2 > dl)，故不易产生共振等离子体，无法产生拉曼表面散射信号增益。除此之外，具有倾斜侧边的V型沟槽105尚可使拉曼信号由一侧引导至相对侧，使检测的光径在V型沟槽中充分反射，因而提高侦测信号的强度。请继续参见图la，本专利技术的拉曼检测方法，包括提供一流体待测物102在信号增益结构100上，并利用激光光源108在信号增益结构100上的流体待测物102产生一表面增益的拉曼信号。流体待测物102可为包含分析物10 与纳米金属粒子102b的溶液，其中纳米金属粒子102b可以共价键方式与分析物10 结合，提供拉曼检测信号增强的效果。分析物10 可包含检体或人工合成分子，例如核酸、受质(substrate)、酵素 (enzyme)、辅酶(coenzyme)、补体(complement)、抗原(antigen)、蛋白质(protein)、核蛋白(nucleoprotein)、脂质(lipid)、人造颗粒(beads)、其它细胞或生物分子。除了图Ia所示的V型沟槽外，本专利技术的信号增益结构也可有其他变化。图Ib 图Ie显示本专利技术的各种信号增益结构的剖视图。图Ib所示的信号增益结构为类似图Ia的单一 V型沟槽105a，且其底部为一尖端(tip)。图Ic的信号增益结构为一具有平底(flat bottom)的V型沟槽10恥。图Id 图Ie所示的信号增益结构则是由多个V型沟槽周期性地分布于基材上所构成的V型沟槽阵列105c、105d，且每一 V型沟槽的两侧与基材104的上表面等高。图Id的沟槽阵列105c为完全相连的V型沟槽所构成，而在图Ie的沟槽阵列105d中，相邻的V型沟槽则非彼此相连。虽然图中未显示，但熟悉此技术者应可了解， 本专利技术也可使用具有平底的V型沟槽所形成的阵列，或是使用非周期性分布的V型沟槽来达到信号增益的效果。在本专利技术中，V型沟槽的倾斜角度θ可在10 88度之间，较佳在 45 88度之间，沟槽的深度D则可介于1 μ m 300 μ m之间，单一 V型沟槽的宽度W1可介于Ιμ 3000ym之间。当形成如图lc、图Id所示的沟槽阵列时，各V型沟槽之间的间距d可介于1 μ m 3000 μ m之间。应注意的是，此时的激光光源108的光源直径较佳大于该V沟阵列105c的总宽度W2,以使信号增益结构中所有的V沟阵列都发挥信号增益的效果。V沟阵列105c中的沟槽数量并无特别限制，在固定总宽度W2下，可调整沟槽的倾斜角度θ以增加沟槽的数量，然而阵列中单一沟槽的宽度不应小于所使用光源的波长，否则光源无法进入V型沟槽的缝隙中，例如当使用670nm的激光光源时，单一沟槽的宽度不应小于670nm。除了前述各种V型沟槽外，举凡具有斜侧边的结构也可用于本专利技术以达到信号增益效果，例如金字塔阵列的微结构特征、三角锥形阵列、六角锥形阵列、多本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种拉曼检测方法，包括：提供一流体待测物在一信号增益结构上，其中该信号增益结构包括：一基材、至少一Ｖ型沟槽形成于该基材中；提供一激光光源在该信号增益结构上的该流体待测物以产生一表面增益的拉曼信号；及以一拉曼光谱仪检测该拉曼信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞绍华，菲利普德瑞克，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[]