[发明专利]可重构表面增强拉曼光谱装置及其方法

说明书

一种表面增强拉曼光谱(SERS)装置，其包括非导电基板，至少两个微电极以间隔关系设置在所述基板上，使得沿着所述微电极的边缘和/或相对边缘形成检测位点，和纳米颗粒结构，其包括设置在所述检测位点上的多个金属纳米颗粒。所述纳米颗粒结构的组装可以通过所述至少两个微电极之间的电场来引导。所述的SERS装置便宜、坚固、便携且可重复使用。本文还描述了使用和制备SERS装置的方法，其使用了简单、快速及廉价的制造技术。

技术领域

本发明涉及的是表面增强拉曼光谱(SERS)。具体地说，本发明设计的是一种高灵敏度的SERS装置，其对于生产和再利用而言简单且成本有效。

发明背景

全球迫切需要更灵敏和更具成本效益的装置来检测环境或生物流体中痕量的生物化学物质，特别是致病的分析物。此外，在早期阶段以低水平检测诸如癌症的疾病的生物标志物的能力将允许快速和指导性治疗，最终获得更好的患者结果。目前的检测方法，例如聚合酶链反应(PCR)、酶联免疫吸附测定(ELISA)或质谱(MS)，需要昂贵的试剂、训练有素的人员和专用的实验室设备来进行精确和灵敏的检测。最近，拉曼光谱，特别是表面增强拉曼光谱(SERS)所赋予的附加灵敏度，已经显示出对生物分子、化学污染物、非法药物和全细胞的灵敏检测的前景。

SERS提供了大量高分辨率和化学特定的振动信息，其强度比普通拉曼光谱高出14个数量级，并且通过与光纤、二极管激光器和便携式拉曼光谱仪相结合，成为了一种有前景的护理点诊断或远程检测技术。SERS是通过两种机制产生的：(1)电磁增强，由局部表面等离子体共振-被限制在纳米结构金属表面内的电磁激励引起的，并起到局部增强入射电磁场和散射拉曼场的作用；(2)由金属和吸附的分析物之间的电荷转移产生的化学增强。SERS通常在悬浮纳米颗粒的胶体溶液中进行；然而，这种检测方法具有较差的重现性、不均匀的纳米颗粒/分析物分布以及SERS活性位点的瞬态。因此，精确制造、结构良好的纳米底物是良好的SERS检测的关键。目前的纳米制造方法昂贵且耗时，需要专用的洁净室设施，以及涉及的技术，例如聚焦离子束蚀刻、电子束光刻、原子层沉积或金属膜超纳米球沉积。不幸的是，成本和具体要求限制了SERS的广泛使用。

发明内容

本文描述了一种表面增强拉曼光谱(SERS)装置，其包括：非导电基板；至少两个微电极，其以间隔关系设置在所述基板上，使得沿着所述微电极的边缘和/或相对边缘形成检测位点；以及纳米颗粒结构，其包括设置在所述检测位点中的多个金属纳米颗粒。

所述纳米颗粒结构的组装可以通过所述至少两个微电极之间的电场来引导。所述的电场可以包括AC电场。所述的电场可以包括具有DC分量的AC电场。所述的电场可以包括DC电场。所述的电场可以包括静电场。所述纳米颗粒结构可以是分支的、成簇的、聚集的、分形的和/或树枝状的结构。在一个实施方案中，所述的纳米颗粒结构是树枝状结构。

所述的纳米颗粒可以是官能化的。官能化的纳米颗粒可以包括表面改性。表面改性可以包括设置在至少一个纳米颗粒上的至少一种蛋白质、核酸或功能分子、分子片段、表位或其组合。

本文还描述了一种制备SERS装置的方法，其包括：提供具有至少两个微电极的非导电基板，所述微电极以间隔关系设置在所述基板上，使得在所述微电极的相对边缘之间形成检测位点；在诱导、引导或影响金属纳米颗粒组装成检测位点的纳米颗粒结构的条件下，在检测位点上设置多个金属纳米颗粒。

所述诱导、引导或影响金属纳米颗粒组装成纳米颗粒结构的条件可包括在至少两个电极之间的电场。电场可以包括AC电场。电场可以包括具有DC分量的AC电场。电场可以包括DC电场。电场可以包括静电场。