[发明专利]检测被测对象中特定化学物质的方法及系统

说明书

本申请要求美国US 12/176,383号专利申请和美国US 12/246,616号专利申请的优先权。其中，美国US 12/246,616号专利申请是共同转让的处于审查过程中的未决美国US12/176,383号专利申请的一个部分延续(CIP)申请，美国US 12/176,383号专利申请是共同转让的处于审查过程中的美国US 11/681,157号专利申请的一个部分延续专利申请，该处于审查过程中的未决美国US 11/681,157号专利申请的申请日为2007年3月1日，名称是“痕量化学光学探头”。美国US 11/681,157号专利申请是共同转让的美国US 10/987,842号专利申请(现已授权为美国第US 7,242,469号专利)的继续申请，而美国US 10/987,842号专利申请又是2004年5月24日递交的美国US 10/852,787号专利申请(现已授权为美国第US 7,384,792号专利)的一个部分延续专利申请。美国US10/852,787号专利申请要求了2003年5月27日递交的US 60/473,283号和US 60/473,2876号临时申请，以及2003年11月17日递交的US 60/520,222号临时申请的优先权。

技术领域

本发明属于痕量化学物质(极微量的化学物质)检测领域，涉及一种检测被测对象中是否含有特定化学物质的方法，具体涉及一种用光散射探头检测痕量化学物质的方法，尤其涉及一种使用改良的光散射探头和一种化学探测器来检测被测对象中是否含有特定化学物质的方法，以及这种检测系统。

背景技术

尽管事实上拉曼检测器具有单分子检测(SMD)的灵敏度，但由于一些技术上的困难，常规的拉曼探测器仍然在应用上受到许多限制。特别地，对于痕量化学物质检测，拉曼光谱学应用的一个主要的限制源于弱的拉曼散射信号。人们曾试图努力解决拉曼传感领域的弱散射信号这一问题。然而，这些努力的成就仍然非常有限，未能使拉曼检测器能够在实践中和经济上应用于迫切需求的极端敏感化学物质的痕量检测。

众所周知，粗糙的或纳米结构的感应面产生加强的散射信号。特别是，纳米结构材料已经广泛应用于传感、生物科学、材料科学、半导体等领域。采用纳米结构材料的传感技术的一个大有前景的应用是表面增强拉曼光谱术(SERS)和表面增强共振拉曼光谱术(SERRS)。已经发现，当分子被吸附在纳米结构的贵重金属(例如Ag、Au和Cu，但不限于Ag、Au和Cu)表面上时，相比于普通拉曼散射，其拉曼散射信号可以增强10⁴～10¹⁴倍。特别地，如果表面纳米颗粒是隔离开的，拉曼散射信号会显著增强。增强效果取决于几方面的因素，其中，表面上的纳米颗粒的尺寸和颗粒间的距离非常重要。人们发现，纳米颗粒的尺寸减小，拉曼散射信号的增强增大。进一步的，当邻近的纳米颗粒岛之间的距离变化，拉曼散射的增强效应同样变化。然而，常规的技术，比如超大规模集成电路光刻技术，在制造纳米结构表面时，为了实现散射信号的增强而降低纳米颗粒尺寸和减小表面上纳米颗粒间距离仍然遇到了技术困难。

在将SERS(Surface-Enhanced Raman Scattering，表面增强拉曼散射)和SERRS(Surface-Enhanced Resonant Raman Scattering，表面增强共振拉曼散射)技术应用于痕量化学物质检测时，难以得到非污染的纳米结构贵重金属表面仍然是该领域的那些常规技术面临的主要难题之一。一个非污染的纳米结构贵重金属表面需要便于分子吸附和随后的测量。正是由于非污染纳米结构贵重金属表面的获得受到限制，即使痕量化学物质的检测能达到十亿分之一的水平(ppb)，利用SERS和SERRS去检测爆炸物和/或其他痕量化学材料的技术的应用仍然非常有限。

然而，现有文献没有提供一个有效的方法去制作和封装非污染的纳米结构贵重金属表面，从而实现利用SERS和SERRS技术检测痕量化学物质的现场应用。此外，现有文献也没有提供一种方法去制作带有良好控制的纳米阵列的纳米结构材料，所述的纳米阵列要求具有尺寸被减小和优化的纳米颗粒，而且这些表面上的纳米颗粒的距离也要被减小和优化，以实现散射信号的增强。

在本发明的处于审查过程中的共同未决申请中披露了大大改良的纳米结构表面，利用这些纳米结构表面的需求不断增加，以使拉曼探测器可以有效投入到迫切需求的实际应用中。

因此，该技术需要提供一种行之有效的结构，以便将拉曼探测器应用于反恐、刑侦、医学诊断、疾病预防、工业过程监测、环境清理和监测、食品和药物质量控制等等领域。