[发明专利]基于纳米结构检测装置的检测网络

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是共同转让的未决美国第12/502,903号专利申请的一个部分延续申请（CIP）并要求其优先权，未决美国第12/502,903号专利申请的名称为“用于表面增强型拉曼散射的纳米结构检测装置”，申请日为2009年7月14日。未决美国第12/502,903号专利申请要求美国第12/262,667号专利申请的优先权，美国第12/262,667号专利申请的名称为“用于表面增强型拉曼散射的纳米结构阵列”，申请日为2008年10月31日。美国第12/262,667号专利申请要求申请日为2006年11月21日的美国第11/562,409号专利申请（已授权为美国第7,460,224号专利）的优先权。美国第11/562,409号专利申请进一步要求申请日为2005年12月19日的美国第60/751,472号临时专利申请的优先权。本申请是共同转让的未决美国第12/625,970号专利申请的一个部分延续申请（CIP）并要求其优先权，美国第12/625,970号专利申请的名称为“光谱检测化学及生物基质”，申请日为2009年11月25日。美国第12/625,970号专利申请要求共同转让的美国第12/403,522号专利申请的优先权，美国第12/403,522号专利申请的名称为“用于检测化学及生物物质的系统和方法”，申请日为2009年3月13日。本申请也要求共同转让的未决美国第12/643,689号专利申请的优先权，美国第12/643,689号专利申请的名称为“用基于纳米结构的光谱检测方法检测化学物和生化物杂质”，申请日为2009年12月21日。上述专利申请的内容通过引用被包含于本申请。

技术领域

本发明涉及利用纳米结构检测器网络监测及追溯有害物质的技术。

背景技术

拉曼散射是光子的发生或湮没光学声子的非弹性散射。拉曼散射是入射光子与化学分子振动（声子）相互作用的结果。特定的化学分子结构导致其特定的拉曼散射光谱。因此，拉曼散射提供关于化学物质分子的光谱指纹细节，并且还可用于将分子异构体乃至手性分子彼此进行区分。

在1960年代晚期发明激光之后，可商业地使用于拉曼光谱。窄线宽激光束被用于照射固体、液体或气体形态中的测试化学物质。窄线宽激光束能够消除来自具有各种波长的光子的散射峰的重叠。散射光被诸如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）检测器的光子检测器采集，拉曼光谱被采集。拉曼频移定义为在散射光波长和入射光波长（激光波长）之间的波长间距。峰的位置对应于具有相对振动强度的各分子键的振动模，因而提供了分子的光谱指纹。

尽管拉曼散射是极有用的分析工具，但它的一个主要局限是：由于分子的散射截面非常小，散射信号非常微弱。典型地，在化学物质上只有大约入射光子的10^-8会经历拉曼散射。当然，可使用高能量的激光和高灵敏度的CCD检测器以改进散射信号，但带来的是额外的开销、附加的硬件以及意想不到的采样损失。由于散射信号微弱，具有相对宽泛应用潜力的常规拉曼散射，其实际应用仍然非常有限。

通过使用粗糙表面的表面增强效应被发现可以增强拉曼散射信号。在表面增强拉曼散射光谱（SERS）中，样品表面可通过金属颗粒或粒子簇的沉积来形成。表面增强的拉曼散射现象可通过在具有局域化电磁场增强和化学增强的光子之间的相互作用来解释。在不同的研究团体中观察到了SERS的增强。Intel团队使用具有在表面上涂敷诸如银的贵金属的涂层的多孔硅结构。Intel团队证明了增强随多孔硅尺寸的减小而增加。包括Intel的工作的所有试验可由其他团队重复，但是很难可重复地证明相同的增强水平。

因此，需要在低成本下开发良好控制的纳米表面结构，以便实现商业化的SERS应用于从货物检查、食品检查、环境监测、疾病诊断到刑侦和国土安全的各领域。因而存在改进SERS装置的性能和制造该装置的处理技术的需求。

发明内容