[发明专利]用于分子分析的多柱结构

说明书

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。

背景技术

本发明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）、增强荧光分析、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10³-10¹⁴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示出了依据本发明的实施例的多种多柱结构。

图2A是依据本发明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cm^-1为单位）的坐标系上，来自依据本发明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示出了依据本发明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示出了依据本发明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发明的实施例的感测设备的示意图。

具体实施方式

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发明人构思的用于实践本发明的最佳方式。在适用时还简要地描述了替代实施例。