用于分子分析的多柱结构制造技术

提供一种用于分子分析的多柱结构。该结构包括至少两个纳米杆，每个纳米杆均在一端处附着到基底且沿着其长度能够自由移动。所述至少两个纳米杆的相对端均能够朝向彼此运动以在它们的相对端处束缚至少一个分析物分子。每个纳米杆均涂敷有金属涂层。还提供这样的多柱结构的阵列。进一步提供了一种用于制备该多柱结构的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分子分析的多柱结构相关申请的交叉引用 本申请与由李志勇等人在与本申请同一日提交的题目为“A SELF-ARRANGING,LUMINESCENCE-ENHANCEMENT DEVICE FOR SURFACE-ENHANCED LUMINESCENCE”并且转让给与本申请相同的受让人的美国专利申请序列号[200904951-1]有关。
技术介绍
本专利技术的实施例总体涉及用于执行分子分析的系统，除了别的以外，所述分子分析诸如表面增强拉曼光谱法(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)、增强突光分析、增强发光分析以及等离子体激元感测(plasmonic sensing)。特别关于SERS而言，拉曼光谱法是用在凝聚态物质物理和化学中以研究分子系统中的振动、旋转以及其他低频率模式的光谱技术。在拉曼光谱实验中，特定波长范围的近 似单色的光束穿过分子的样本并且散射光光谱被发射。从分子发射的波长的光谱叫做“拉曼光谱”，并且所发射的光叫做“拉曼散射光”。拉曼光谱可以揭示分子的电子、振动以及旋转的能级。不同的分子产生不同的拉曼光谱，拉曼光谱可以和指纹一样被用来标识分子以及甚至确定分子的结构。使用拉曼光谱法来研究当光子与分子相互作用时分子能量态之间的转变，这导致散射光子的能量偏移。分子的拉曼散射可以被视为两个过程。通过入射光子把处于一定能态的分子首先激励成另一(虚或实)能态，该入射光子一般处于光学频域中。受激励的分子于是在其中它位于与激励光子相比可能相对低(即，斯托克斯散射)的频率或者可能相对高(即，反斯托克斯散射)的频率的环境的影响下作为偶极子源进行辐射。不同分子或物质的拉曼光谱具有可以被用来标识核素的特性峰值。这样，对于多种化学或生物感测应用而言拉曼光谱法是有用的技术。然而，本征拉曼散射过程是非常低效率的，并且已经使用了粗糙金属表面、各种类型的纳米天线以及波导结构来增强拉曼散射过程(即，上面所描述的激励和/或辐射过程)。由在结构化的金属表面的几纳米之内或者其之上吸收的混合物(或离子)生成的拉曼散射光可以是由处于溶液中或者处于气相中的该相同混合物所生成的拉曼散射光的IO3-IO14倍。此分析混合物的过程叫做表面增强拉曼光谱法(“SERS”)。近年来，SERS已经作为用于探查分子结构以及表征界面的和薄膜的系统的常规和有力的工具而出现，而且甚至使得能够实现单分子检测。工程师、物理学家以及化学家继续寻求用于执行SERS的系统和方法的改进。大多数SERS系统仅在一定热点处增强了电磁场。虽然这可能是非常期望的，但在许多情况中，分析物诸如通过简单的吸收被均匀地覆盖在SERS基底上。然而，实际上仅一小部分分析物位于所述热点。附图说明通过参考以下详细说明和附图，本公开内容的实施例的特征和优点将变得显而易见，在附图中同样的附图标记对应于类似的、但可能不完全相同的部件。为了简明起见，具有前面描述的功能的附图标记或特征可能结合或者可能不结合它们出现于其中的其他附图来进行描述。图1A-1H示出了依据本专利技术的实施例的多种多柱结构。图2A是依据本专利技术的实施例的若干四柱结构的阵列的俯视图的显微照片的线条图。图2B是在强度(采用任意单位)和拉曼偏移(采用CnT1为单位)的坐标系上，来自依据本专利技术的实施例的多柱结构(每个包括四个柱)的阵列的拉曼信号的强度相对于通过纳米压印光刻法在反射镜上形成的先前随机锥的绘图。图2C是多柱结构的阵列(类似于图2A的多柱结构的阵列)的放大视图的显微照片的线条图，其示出了四柱结构、六柱结构以及九柱结构。 图3A-3B示出了依据本专利技术的实施例的多柱结构(这里包括两个柱)中的柱的间隔的调节。图4A-4B示出了依据本专利技术的实施例的组合了多柱结构和其他光学器件的集成结构的实施例。图5A-5B每个均示出了依据本专利技术的实施例的感测设备的示意图。具体实施例方式现在详细参照具体实施例，所述具体实施例举例说明目前由本专利技术人构思的用于实践本专利技术的最佳方式。在适用时还简要地描述了替代实施例。公开了一种新类型的SERS结构，其基于多柱或指状物的结构，包括多个(至少两个)纳米杆，在分析物存在的情况下这多个纳米杆看起来像圆锥形帐篷(teepee)。实际上，纳米杆(两个、三个、四个或更多个)在暴露于分析物时倾向于朝向彼此向内倾斜。该结构可以依据SERS要求合理地设计并且可以使用3D压印方法或者卷装进出(roll-to-roll)工艺来大批量制造。纳米杆组的阵列可以使SERS传感器的灵敏度得以改进并且是可易于制造的。对于化学/生物感测的广泛应用而言SERS结构的合理设计已经受到极大关注。标识用于SERS应用的优化纳米结构一直是该领域中的终极目标。已经广泛地研究了自下而上合成的各种形状的纳米晶体，所述各种形状诸如线形、立方形、多荚形、星形、核壳状、领结型等等。另一方面，也已经提出和研究了自顶向下制造的纳米结构，诸如纳米锥、纳米草、光栅/天线混合结构。这里，呈现了一种新类型的SERS结构，其能够容易地大批量制造，并且如超灵敏SERS传感器那样提供了用于优化的大量的灵活性。图1A-1H示出了各种圆锥形帐篷结构100-106，每个包括基底110，基底110支撑多个(至少两个)纳米杆115以形成圆锥形帐篷结构，其在本文中被定义为这样的结构在该结构中这些杆中的每个均在一端115a处附着到该基底并且以一角度向内倾斜向彼此从而在它们的末端处接触它们的另一端115b，如在图IA中所示出的。纳米杆或柱或指状物115的高度处于大约50nm至2μπι的范围内，并且它们的直径在大约IOnm至Iym的范围内。图IA示出了两个这样的、在它们的末端处接触以形成圆锥形帐篷结构100的纳米杆115。同样地，图IB示出了形成结构101的三个纳米杆。图IC示出了形成结构102的四个纳米杆。图ID示出了形成结构103的五个纳米杆。图IE和IF示出分别形成结构104a和104b的两个不同的配置中的六个纳米杆，所述两个不同的配置为两条平行线(每条线三个纳米杆)(图1E)和六角形布置(图1F)。随着纳米杆数目的增加，可以采用不同的布置，诸如多边形，至少两条平行线等等，只要在特定布置中的杆都在它们的末端115b的一部分处接触即可。图IG示出了形成结构105的七个纳米杆。图IH示出了形成结构106的九个纳米杆。图1A-1H中所示出的布置仅是示例性的，并且可以采用其他的纳米杆配置、纳米杆数目等等。纳米杆115的横截面可以是圆形的，如这里所示出的，或者是非对称的形状，诸如卵形，其可以使得能够设计如何使纳米杆在它们的末端115b处靠拢。在每个实例中，这里以溶液(未示出)中的多个分子120作为代表的分析物典型地在纳米杆115的末端115b处或者其附近与纳米杆115相关联。虽然分析物120可能分布在基底110和纳米杆115上，但是由于以下原因它们更可能与纳米杆的末端115b相关联 (I)在纳米杆的表面上存在下面讨论的SERS活性金属，以及(b)在激光照射下倾向于把分析物聚集在末端处的表面等离子体激元效应。典型地使用微毛细管力来创建圆锥形帐篷状结构100-106。还可以利用诸如e-射束、离子束或电荷效应的其他非限制性示例来导致圆锥形帐篷状结构100-106的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于分子分析的多柱结构(100-106)，所述结构包括至少两个纳米杆(115)，每个纳米杆均在一端(115a)处附着到基底(110)且沿着其长度能够自由移动，所述至少两个纳米杆的相对端(115b)均能够朝向彼此运动以在它们的相对端处束缚至少一个分析物分子(120)，每个纳米杆均涂敷有金属涂层。2.如权利要求I所述的多柱结构，其中，在所述基底上的所述结构的阵列(200，200’)被提供。3.如权利要求I或2所述的多柱结构，其中所述至少两个纳米杆包括选自包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸脂、硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和光致抗蚀剂的组的聚合物。4.如权利要求I或2所述的多柱结构，其中所述至少两个纳米杆包括选自包括硅氧化物、硅、硅氮化物、硅氮氧化物、氧化铝、金刚石、类金刚石碳、铝和铜的组的无机材料。5.如权利要求3或4所述的多柱结构，其中，所述至少两个纳米杆包括相同的成分或不同的成分。6.如权利要求I所述的多柱结构,其中所述纳米杆具有大约50nm至2iim的范围内的高度、大约IOnm至I ii m的范围内的直径以及在所述杆的基部处大约10至500nm的间距。7.如权利要求I所述的多柱结构，其中，所述金属涂层选自包括金、银、铜、钼、铝以及它们的合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z李，M胡，FS区，W吴，RS威廉斯，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：
国别省市：