[发明专利]散射辐射的多重光谱的同时检测

说明书

在一个示例中，描述了一种装置，其包括光源、全息光学元件、采样装置和检测器。光源被配置成发射激发光束。全息光学元件被布置成将该激发光束转换成多个激发光束。采样装置被布置成将多个激发光束作为投射点的二维图案而投射到装置外侧的表面上。采样装置被进一步布置成响应于投射点的二维图案来收集由表面发射的散射辐射。检测器检测散射辐射中的频率偏移。

背景技术

拉曼光谱术是一种可以被用来识别样本中的分子的光谱技术。该技术依赖于所发射的单色光的拉曼(非弹性)散射。所发射的光与样本中的分子振动、声子或其他激发相互作用，这使所发射声子的能量被向上偏移或向下偏移。可以根据能量上的偏移来推断有关样本中的振动模式的信息。由于振动信息特定于分子的化学键和对称性，所以这种信息进而可以被用来识别样本中的分子。

虽然自发拉曼光谱术是一种强大的分子检测技术，但是拉曼散射的信号趋向于是非常微弱的。可以通过使用特殊图案化的结构来将这些信号增强许多数量级，这些特殊图案化的结构局部地增强光源和所发射的光的电场。这种技术被称为表面增强拉曼光谱术(SERS)。在SERS中，样本分子被吸附在粗糙金属表面上和/或被纳米结构吸附。例如，可以将液体样本沉积到具有纳米结构化的贵金属表面的硅或玻璃表面上。

附图说明

图1是本公开的示例光谱仪的高层级框图；

图2是本公开的示例光谱仪的更详细的框图；

图3图示了可以使用相应的全息光学元件由图1和图2的光谱仪来产生的激发光的示例二维图案；

图4图示了可以结合图1和图2中图示的光谱仪而使用的包括空间变化区域的阵列的示例基板；以及

图5图示了用于分子检测的示例方法的流程图。

具体实施方式

本公开宽泛地描述了用于使用表面增强拉曼光谱术(SERS)来同时检测多重拉曼光谱的光谱仪和相关联的方法。具有相似拉曼特征(signature)的不同分析物的存在可能使得难以识别样本的分子内容。此外，当与不同SERS表面相互作用时，一些分子可能不同地进行表现(例如，展现出不同水平的增强或者产生不同的散射信号)。因此，当处理具有未知组成的样本时，有帮助的是从处于许多不同条件下的样本收集拉曼光谱，以便改善捕获到每种分子组分的可区分特征的可能性。

本公开的示例将全息光学元件定位在光源与空间变化的SERS基板区域的阵列之间，以便将激发光的二维图案投射到空间变化的表面上。在一个特定示例中，图案的每个投射点入射在基板区域中的不同的一个区域上。基板区域中的每个将与样本的不同分子不同地进行相互作用，从而当暴露于激发光时产生针对同一样本的不同光谱(所发射的拉曼散射)。在被传递到检测器之前，所发射的拉曼散射被收集、滤波和色散。色散使光的二维图案的每个投射点对于检测器而言表现为光带，其中沿着该带的不同水平坐标对应于光的不同频率。因而，可以由光谱仪在单次测量(即，所测量的数据向检测器的单次传递)中同时产生多个光谱。可以进而将这些光谱中的每个与针对不同基板区域的参考测量所对应于的不同数据库进行比较，以便识别样本中的分子。因此，在不增加所做出的测量的数量的情况下，极大地增加了识别样本的组成的可能性。

图1是本公开的示例光谱仪100的高层级框图。在一个示例中，光谱仪100是拉曼光谱仪。在一个示例中，光谱仪100一般包括光源102、采样装置104和检测器106。此外，全息光学元件108被定位在光源102与采样装置104之间。

在一个示例中，光源102是在可见、近红外或近紫外范围内发射激发光束的激光二极管。

将全息光学元件108定位成拦截激发光束并且将该激发光束转换成以不同角度行进的多个激发光束。在一个示例中，全息光学元件包括衍射掩模，其包含具有不同空间频率的衍射光栅的叠加。