[发明专利]三维微纳结构、检测装置和检测方法

说明书

技术领域

本公开涉及微纳加工及微纳结构，更具体地，涉及一种三维微纳结构、检测装置和检测方法。

背景技术

当光线入射到由贵金属等构成的(纳米)颗粒或结构上时，如果入射光子频率与颗粒或结构传导电子的整体振动频率相匹配，那么颗粒或结构会对光子能量产生很强的吸收作用，于是发生局域表面等离子共振(LocalizedSurfacePlasmonResonance，LSPR)现象。

金、银、铂等贵金属颗粒或结构可以在紫外可见光波段展现出很强的光谱吸收，从而可以获得LSPR光谱。该吸收光谱峰值处的吸收波长及强度取决于材料的微观结构特性，例如组成、形状、结构、尺寸等。同时，LSPR吸收谱还对颗粒或结构周围的介质极其敏感，因此可以作为基于光学信号的传感器如化学传感器和生物传感器。

具体地，可以将金、银等颗粒或结构悬浮于液体介质，或固定在一个固体表面上。当有生物分子等吸附在颗粒或结构表面时，该颗粒或结构的LSPR吸收峰的波长和/或强度就会发生改变。通过测量经过颗粒或结构的反射或者透射光谱，检测LSPR吸收峰的变化情况，从而可以检测被吸附的分子。基于LSPR的生物、化学传感器可以做到无需标记，实时、高灵敏度的检测，可以广泛用于药物研究、生物检测等方面。

另外，光的散射可以看作是光子与物质碰撞后运动方向的改变。如果发生的是非弹性碰撞，即光子不仅发生了运动方向的改变，而且在碰撞过程中有能量交换，这种散射即为拉曼散射(RamanScattering)。例如，对光滑银电极表面进行粗糙化处理后，可获得吸附在银电极表面上单分子层吡啶分子的高质量的拉曼光谱。吸附在粗糙银表面上的每个吡啶分子的拉曼散射信号与溶液相中的吡啶的拉曼散射信号相比，可以增强约6个数量级(即一百万倍)。这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应，被称为表面增强拉曼散射(Surface-EnhancedRamanScattering，SERS)效应。

一种SERS的电磁增强机理认为，金属表面的粗糙化有利于电磁波在金属表面激发LSPR，使得金属表面的电场强度大大提高。这样，靠近金属表面的分子受到大大增强了的电场激发而产生了强拉曼散射。电磁增强机理是一种长程作用，它可以影响到距离金属表面约几百埃(10^-10米)的范围，这种作用的增强因子为约10⁴-10⁶，与吸附分子关系不大。

SERS活性的表面往往能产生被增强的局域电场，是金属表面等离子共振振荡引起的，这被称为物理增强。SERS技术克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点，可以使得拉曼强度增大几个数量级。其增强因子可以高达10¹⁴-10¹⁵倍，以致探测到单个分子的拉曼信号。SERS可以用于痕量材料分析、流式细胞术以及其它一些应用。

拉曼增强需要具有微纳尺度(例如，纳米尺度)的粗糙金属表面作为基底，吸附在这种表面上的分子将会产生SERS效应。

常规技术中，为实现LSPR或SERS，一般是在二维平面衬底上，通过纳米加工技术，加工一层金属纳米结构或沉积一层纳米胶体颗粒。由于单层的纳米结构或纳米胶体颗粒产生的LSPR或SERS信号较弱，导致检测的灵敏度不高。

发明内容

本公开的目的至少部分地在于提供一种三维微纳结构、检测装置和检测方法，以例如增强LSPR和/或SERS的灵敏度。

根据本公开的一个方面，提供了一种三维结构，包括：衬底；在衬底上形成的单元结构的阵列；以及设于阵列中至少一部分单元结构的表面上的微纳结构和/或颗粒。

根据本公开的另一方面，提供了一种检测装置，包括上述三维结构。

根据本公开的再一方面，提供了一种对样品进行检测的方法，包括：使样品流经表面被结构化从而具有增强表面积的装置，所述结构化的表面上设有微纳结构和/或颗粒；针对所述装置探测局域表面等离子共振(LSPR)光谱和/或表面增强拉曼散射(SERS)光谱。

根据本公开的实施例，由于单元结构阵列或结构化表面的存在，可以增加微纳结构和/或颗粒，从而可以增强LSPR和/或SERS的灵敏度。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是示意性示出了根据本公开实施例的三维结构的配置的透视图；

图2中(a)和2(b)示出了示例阵列的显微照片；以及