[发明专利]上转换拉曼传感器及应用

说明书

本发明实施例公开了一种上转换拉曼传感器及应用。该传感器包括：基底；第一金属纳米颗粒，第一金属纳米颗粒沉积在基底上；第二金属纳米颗粒，金属纳米颗粒可移动以靠近第一金属纳米颗粒；其中，将待分析物固定在第一金属纳米颗粒与第二金属纳米颗粒之间的纳米间隙区域或附近，并基于待分析物的分子振动模式，采用拉曼光源、红外光源同时照射待分析物，以检测出待分析物的上转换拉曼信号。本发明提供的上转换拉曼传感器不仅可以实现分子特异性检测，信号稳定，同时还能直接兼容大部分基于传统拉曼分子传感所进行的技术优化，而且相比传统拉曼技术，能有效分离传统拉曼技术常出现的背景噪声，大幅度提高分子信号在光谱和成像方面的灵敏度与信噪比。

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，尤其涉及一种上转换拉曼传感器及应用。

背景技术

目前，微观检测通常采用拉曼散射的光学探测与传感以获取分子振动的‘指纹’光谱，从而实现无标记的高特异性探测。基于这一独特优势，拉曼检测与传感在多种生物化学相关应用中发挥着重要作用，包括病毒检测，化学毒性检测、疾病与癌症临床诊断、药物发现、食品过程控制和环境监控等。

然而拉曼传感在实际的应用中往往遇到了许多困难还未解决，例如，当其应用于多分子或者复杂的检测环境中（如细胞体内），真正待测分子的特征拉曼信号容易被环境中其他分子的拉曼信号所干扰或掩盖，从而难以简单可靠地进行信号分析，此时便需要借助复杂的机器学习算法来实现，导致拉曼传感的特异性大大降低，同时也影响分子探测的定量性。

另外，在激发分子拉曼信号的同时，往往也会激发分子的荧光信号，在光谱上表现为拉曼尖峰下方的宽波段强背景信号（拉曼光谱下方的大包），甚至会直接掩盖掉拉曼信号，从而极大的影响了拉曼传感的灵敏度。

上述缺陷导致拉曼传感仅仅局限于光谱检测和分析，其成像应用相比荧光等其他光学过程，其信噪比受荧光背景的严重制约，同时多分子干扰也会显著降低拉曼成像的特异性识别优势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种上转换拉曼传感器及应用，本发明实施例提供的上转换拉曼传感器不但能显著提高在复杂环境下对分子指纹的特异性识别能力，同时能有效分离传统拉曼技术常出现的背景噪声，大幅度提高分子信号在光谱和成像方面的灵敏度与信噪比。

第一方面，本发明提供了一种上转换拉曼传感器，其包括：

基底；

第一金属纳米颗粒，所述第一金属纳米颗粒沉积在所述基底上；

第二金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒可移动以靠近所述第一金属纳米颗粒；

其中，将待分析物固定在所述第一金属纳米颗粒与所述第二金属纳米颗粒之间的纳米间隙区域或所述纳米间隙区域附近，并基于所述待分析物的分子振动模式，采用拉曼光源、红外光源同时照射所述待分析物，以检测出所述待分析物的上转换拉曼信号。

优选地，在所述的上转换拉曼传感器中，所述第一金属纳米颗粒在所述基底上沉积，以在所述基底上形成若干个凹槽。

更优选地，在所述的上转换拉曼传感器中，依次在所述基底上沉积金属连接层、所述第一金属纳米颗粒、第二金属层，并进行曝光和刻蚀，以在所述基底上形成所述凹槽。

更优选地，在所述的上转换拉曼传感器中，所述凹槽为矩形凹槽，所述凹槽的长边为1-5微米，短边为10-1000纳米。

更优选地，在所述的上转换拉曼传感器中，所述凹槽在所述基底上呈阵列排布，两个长边相邻的所述凹槽之间的间距大于0.5微米，两个短边相邻的所述凹槽之间的间距大于0.5微米。

优选地，在所述的上转换拉曼传感器中，所述第一金属纳米颗粒、所述第二金属纳米颗粒的直径均为10-1000纳米。