表面等离子体检测装置及方法与流程

相关申请的交叉引用

根据美国法律37cfr1.57，在与本申请一起提交的申请数据表中确认的外国或本国优先权声明所主张的任何和所有申请都通过引用方式纳入本文。

发明背景

所公开的技术涉及用于使用表面等离子体共振技术检测分子的方法、装置和系统，更具体地涉及采用在基底上形成的金属颗粒的表面等离子体共振技术。

背景技术：

表面等离子体(sp)是指沿电介质(例如石英玻璃)与金属(例如ag或au)之间的界面与电磁波(例如光)一起传播的相干电子振荡。在(由波长、偏振和/或入射角限定的)某些条件下，金属表面的自由电子吸收入射光的光子并将入射光的光子转化为表面等离子体波。当光子的频率与表面电子抵抗金属正核的回复力进行振荡的固有频率相匹配时，可以建立称为表面等离子体共振(spr)的共振条件。spr条件可以用于光学测量，诸如荧光、拉曼散射、二次谐波发生和吸收以及其他。

技术实现要素：

在一个方面，一种形成金属纳米颗粒层的方法包括：提供包括粘合剂聚合物和溶剂的液体组合物，并且将包括聚合物表面的制品至少部分浸入液体组合物中，其中所述聚合物表面包括聚合材料并且不包括无机玻璃或晶体材料。该方法另外包括向液体组合物施加气相等离子体，以促进粘合剂聚合物与聚合物表面的聚合材料之间的化学反应，从而在制品的聚合物表面上形成粘合剂层。该方法还包括将金属纳米颗粒施加到粘合剂层上，以在粘合剂层上形成金属纳米颗粒层。

在一些实施方案中，粘合剂聚合物包括多个胺末端，其中至少部分胺末端参与与聚合材料的化学反应以形成烯丙胺键。

在一些实施方案中，粘合剂聚合物包含能够形成酰胺键的一种或多种分子，粘合剂聚合物选自由以下物质组成的组：线性或多支化阳离子聚合物，诸如聚二烯丙基二甲基铵；聚二烯丙基二甲基氯化铵；聚烯丙基胺盐酸盐；聚4-乙烯基苄基三甲基氯化铵；衍生自乙烯胺的多胺，包括二乙烯三胺(deta)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2，二乙二醇的类似物)、三乙烯四胺(teta)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2)、四乙烯五胺(tepa)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2)、五乙烯六胺(peha)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2)、聚乙烯胺；超支化聚合物，包括聚酰胺-胺树状大分子、聚丙烯亚胺树状大分子；聚乙烯亚胺(pei)；或其混合物。在其他实施方案中，粘合剂聚合物804包括阴离子聚合物，诸如聚丙烯酸、聚4-苯乙烯磺酸钠、聚乙烯基磺酸、聚钠盐、聚氨基酸、或其混合物。在一些实施方案中，粘合剂聚合物包括线性或多支化聚乙烯亚胺(pei)、乙二胺或适合于在聚合物基底的表面上形成酰胺键的其他可交联分子。在一些实施方案中，聚合物表面不包括非聚合材料。

在一些实施方案中，聚合材料不包括sio2或al2o3。

在一些实施方案中，聚合物表面包含光学透明的聚合材料，所述光学透明的聚合材料选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet，聚对苯二甲酸乙二酯)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯(ps，聚苯乙烯)、聚碳酸酯(pc，聚碳酸酯)、及其组合组成的组。

在一些实施方案中，提供液体组合物包括将液体组合物提供在电绝缘的电介质容器中，其中当施加气相等离子体时，将容器放置在等离子体腔室的两个电极之间。

在一些实施方案中，施加气相等离子体包括施加气相等离子体以使得液体组合物和浸入液体组合物中的制品电浮置。

在一些实施方案中，将制品浸入液体组合物中，使得当向液体组合物施加等离子体时，将整个聚合物表面浸没在液体组合物下方。

在一些实施方案中，施加气相等离子体包括施加由包括大量氧气的气体混合物形成的气相等离子体。

在一些实施方案中，施加气相等离子体包括施加由不包括大量氨气的气体混合物形成的气相等离子体。

在一些实施方案中，形成金属纳米颗粒层的方法还包括在形成粘合剂层后，在施加金属纳米颗粒之前消除气相等离子体。

在一些实施方案中，其中制品具有选自由片状、条形、腔体、柱形、圆筒、纤维、卷形、u形、螺旋形和漩涡形组成的组中的形状。

在一些实施方案中，形成金属纳米颗粒层包括在制品的背离气相等离子体的聚合物表面上形成金属纳米颗粒。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒包括带负电荷的金属球，其中金属纳米颗粒与粘合剂层的游离胺末端结合。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒包括金纳米颗粒。

在一些实施方案中，至少一部分金属纳米颗粒包括金属球，其中一种或多种配体附着于金属球。

在一些实施方案中，一种或多种配体包括对一种或多种目标分子具有特异性的键和化学组成部分。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒层具有在约1.0×10⁹个纳米颗粒/cm²至约2.0×10¹¹个纳米颗粒/cm²之间的面积颗粒密度。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒具有的中值粒径在约1nm至约10nm之间、在约5nm至约20nm之间、在约10nm至约30nm之间、在约20nm至约40nm之间、在约30nm至约50nm之间、在约40nm至约60nm之间、在约50nm至约80nm之间、在约60nm至约100nm之间、在约80nm至约150nm之间、在约100nm至200nm之间、在约150nm至约250nm之间、在约200nm至约300nm之间、在约250nm至约400nm之间、在约300nm至约700nm之间、或在约500nm至约900nm之间、或在约700nm至约1100nm之间。

在一些实施方案中，所述制品包括聚合物纤维，其中所述聚合物纤维包括选自由直线部分、弯曲部分和卷绕部分组成的组中的至少一种。

在另一方面，一种用于检测液体样品中含有的目标的测试载运件，具有包括聚合物表面的本体，其中聚合物表面包括第一聚合材料并且不包含无机玻璃或晶体材料。测试载运件另外包括形成在聚合物表面上的金属纳米颗粒层。测试载运件还包括附着于金属纳米颗粒层并且对一种或多种目标分子具有特异性的一种或多种配体。

在一些实施方案中，测试载运件还包括介于聚合物表面与金属纳米颗粒层之间的粘合剂聚合物层，其中粘合剂层包括不同于第一聚合材料的第二聚合材料。

在一些实施方案中，本体包括具有选自由片状、条形、腔体、柱形、圆筒、纤维、卷形、u形、螺旋形和漩涡形组成的组中的形状的一部分。

在一些实施方案中，第一聚合材料包含选自由以下物质组成的组中的一种或多种：聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、三乙酰纤维素(tac)、环烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺及其组合。

在一些实施方案中，本体包括被金属纳米颗粒层覆盖的至少一个表面。

在一些实施方案中，本体包括未被金属纳米颗粒层覆盖的至少一个表面。

在一些实施方案中，测试载运件包括构造成容纳液体样品的管。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒层形成在管的一个或多个内表面上。

在一些实施方案中，本体为具有用于接收穿过其中的光束的第一端和用于发射穿过其中的光束的第二端的纤维的形式。

在一些实施方案中，在第一端和第二端之间，纤维包括选自由直线部分和弯曲部分组成的组中的至少一个。

在一些实施方案中，本体包括卷绕结构。

在一些实施方案中，本体包括u形结构。

在一些实施方案中，本体包括具有用于接收穿过其中的光束的第一端和用于发射穿过其中的光束的第二端的柱结构。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒层包含带负电荷的金属球，其中金属纳米颗粒与粘合剂层的游离胺末端结合。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒层包含金纳米颗粒。

在一些实施方案中，至少一部分金属纳米颗粒包括金属球，其中一种或多种配体附着于金属球。

在一些实施方案中，一种或多种配体包含对一种或多种目标分子具有特异性的键和化学组成部分。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒层具有在约1×10⁹个纳米颗粒/cm²至约2×10¹¹个纳米颗粒/cm²之间的面积颗粒密度。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒层具有中值粒径在约1nm至约10nm之间、在约5nm至约20nm之间、在约10nm至约30nm之间、在约20nm至约40nm之间、在约30nm至约50nm之间、在约40nm至约60nm之间、在约50nm至约80nm之间、在约60nm至约100nm之间、在约80nm至约150nm之间、在约100nm至200nm之间、在约150nm至约250nm之间、在约200nm至约300nm之间、在约250nm至约400nm之间、在约300nm至约700nm之间、或在约500nm至约900nm之间、或在约700nm至约1100nm之间的纳米颗粒。

在另一方面，一种检测目标分子的方法包括提供包含透明容器的测试载运件，所述透明容器被构造成在其中接收包括聚合物表面的至少一个基底并接收包含目标分子的液体溶液。聚合物表面上已形成有粘合剂聚合物层和多个金属纳米颗粒。测试载运件还包括附着于至少一些金属纳米颗粒的捕获分子，捕获分子适于捕获一种或多种目标分子。该方法另外包括在透明容器中接收液体溶液并将聚合物表面的至少一部分浸没在液体溶液中，从而用捕获分子捕获至少一些目标分子。该方法还包括将光透射穿过基底的第一表面和基底的第二表面中的至少一个，并且通过由透射的光引起的金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(lspr)来检测已经从入射光修改的透射光。

在一些实施方案中，粘合剂聚合物链通过在粘合剂聚合物链与聚合物表面之间形成的多个酰胺键与聚合物表面结合。

在一些实施方案中，第一表面和第二表面中的至少一个包括聚合物表面，并且透射包括在检测之前将光透射穿过聚合物表面。

在一些实施方案中，第一表面和第二表面中的每个包括相应的第一聚合物表面和第二聚合物表面，并且透射包括在检测之前透射穿过第一和第二聚合物表面。

在一些实施方案中，提供测试载运件包括提供多个基底，每个基底具有聚合物表面，并且其中透射包括将光透射穿过多个基底的聚合物表面中的每一个。

在一些实施方案中，第一表面和第二表面中的至少一个不包括聚合物表面，并且被检测的光在被检测之前不透射穿过聚合物表面。

在一些实施方案中，基底具有比液体溶液的第二折射率高的第一折射率，并且透射包括接收穿过第一表面的光并在全内反射(tir)或衰减全内反射(atr)条件下透射，使得光在被透射穿过第二表面之前多次从聚合物表面反射。

在一些实施方案中，提供测试载运件包括提供具有弯曲、屈曲、弧形、弯折、弓形、扭曲、环形和翻折中的至少一种的聚合物表面。

在一些实施方案中，提供测试载运件包括在基底的第一表面和第二表面之间提供选自由直线部分和弯曲部分组成的组中的至少一个。

在一些实施方案中，提供测试载运件包括在第一表面和第二表面之间提供卷绕结构。

在一些实施方案中，提供测试载运件包括在第一表面和第二表面之间提供u形结构。

在一些实施方案中，提供测试载运件包括在第一表面和第二表面之间提供柱结构。

在另一方面，一种在聚合物表面上形成聚合物层的方法，包括在容器中提供包含粘合剂聚合物和溶剂的液体组合物。粘合剂聚合物具有多个粘合剂官能团。该方法另外包括将制品至少部分浸没在液体组合物中，其中制品的浸没部分包括其上已形成有多个基底官能团的聚合物表面。该方法另外包括将具有已至少部分浸没在其中的制品的容器设置在等离子体腔室中。该方法还包括向液体表面上方的一定体积的气体施加能量，以从该体积的气体中产生等离子体，由此引起或加速在聚合物表面上粘合剂聚合物层的形成。

在一些实施方案中，一些聚合物官能团与一些基底官能团之间的化学反应引起粘合剂聚合物层的形成。

在一些实施方案中，施加能量包括向不接触液体组合物的至少一个电极提供电力。

在一些实施方案中，引起或加速所述聚合物层的形成包括在浸没的聚合物表面上形成聚合物层，使得液体组合物介于聚合物表面与等离子体之间，并且使得聚合物表面不与等离子体直接接触。

在一些实施方案中，其上形成有聚合物层的聚合物表面背离等离子体。

在一些实施方案中，引起或加速所述聚合物层的形成包括在具有弯曲、屈曲、弧形、弯折、弓形、扭曲、环形和翻折中的至少一种的聚合物表面上形成粘合剂聚合物层。

在一些实施方案中，引起或加速所述粘合剂聚合物层的形成包括在具有弯曲、屈曲、弧形、弯折、弓形、扭曲、环形和翻折中的至少一种的聚合物表面上形成具有基本均匀厚度的聚合物层。

在一些实施方案中，引起或加速所述粘合剂聚合物层的形成包括在背离等离子体的聚合物表面上形成粘合剂聚合物层。

在一些实施方案中，聚合物官能团包括nh2基团。

在一些实施方案中，基底官能团包括碳酸酯基团(-o-(c＝o)-o-)。

在一些实施方案中，一些粘合剂官能团与一些基底官能团之间的化学反应引起在其间形成酰胺键。

在一些实施方案中，所述一定体积的气体不含氮，并且nh2基团的氮原子形成酰胺键。

在一些实施方案中，容器是电绝缘容器。

在一些实施方案中，液体组合物包括水。

在一些实施方案中，液体还包括溶解在其中的naoh。

在一些实施方案中，粘合剂聚合物包括部分末端胺(-nh2)被硫化氢(-sh)取代的聚乙烯亚胺(pei)或pei。

在一些实施方案中，形成聚合物层的方法还包括：在引起或加速所述化学反应之后将纳米颗粒附着于粘合剂聚合物链。

在一些实施方案中，纳米颗粒附着于粘合剂聚合物的与附着于一些基底官能团的粘合剂官能团不同的一些剩余粘合剂官能团。

在一些实施方案中，容器是绝缘基底，使得当施加能量以形成等离子体时，聚合物基底和液体组合物电浮置。

在一些实施方案中，能量是脉冲直流能量。

在一些实施方案中，所述等离子体是在大气压下从所述一定体积的气体中产生的。

在一些实施方案中，通过第一电极输送能量，其中容器设置在不接触液体组合物或聚合物基底的另一电极上。

附图说明

图1是表面等离子体共振(spr)测量系统的示意图。

图2a是根据实施方案的局域等离子体共振(lspr)测量系统的示意图。

图2b是根据实施方案的图2a的局域等离子体共振(lspr)测量系统在暴露于目标分子后的示意图。

图3a是根据一实施方案的基于聚合物的lspr测试载运件，其被示出为带有壳体。

图3b是根据一实施方案的图3a的基于聚合物的lspr测试，其被示出为不带有壳体的前部，示出了容器和设置在容器中的基底的截面图。

图3c是根据一实施方案的图3a的基于聚合物的lspr测试载运件，其被示出为不带有壳体，示出了容器和设置在容器中的基底的截面图。

图3d是根据一实施方案的图3a的基于聚合物的lspr测试载运件，其被示出为不带有壳体，示出了容器和设置在容器中的多个基底的截面图。

图3e是根据实施方案的基于聚合物的lspr测试载运件的示意图，该测试载运件具有涂覆有纳米颗粒和捕获分子的基底。

图3f是根据实施方案的图3e的基于聚合物的lspr测试载运件的示意图，该测试载运件具有由捕获分子的至少一个子集(subset)捕获的目标分子。

图4a示出了根据实施方案的从具有一个、两个和三个基底的基于聚合物的lspr测试载运件获得的吸光度光谱。

图4b示出了根据实施方案的从具有一个、两个和三个基底的基于聚合物的lspr测试载运件获得的吸光度差光谱。

图5示出了根据实施方案的随基底数量变化的从基于聚合物的lspr测试载运件获得的吸光度差和折射率差。

图6a是根据实施方案的在atr操作模式下的基于聚合物的衰减全反射(atr)lspr测试载运件的示意图。

图6b-6d是根据实施方案的基于聚合物的atrlspr测试载运件的不同构造。

图7是示出根据实施方案的通过在液体浸入下对聚合物基底进行等离子处理来用金属纳米颗粒层涂覆聚合物基底以制造基于聚合物的测试载运件的方法的流程图。

图8a-8e示出了根据实施方案的通过在液体浸入下对聚合物基底进行等离子处理来用金属纳米颗粒层涂覆聚合物基底制造基于聚合物的测试载运件的各个阶段。

图8f示出了根据实施方案的基于聚合物的测试载运件，该测试载运件具有不面向根据图8a-8e中描述的工艺处理的等离子体的一表面。

图9示出了根据实施方案的自动校准lspr方法，该自动校准lspr方法使用具有已知浓度的目标分子的对照载运件(controlvehicles)来定量确定附着于基于聚合物的测试载运件的目标分子的量。

图10示出了根据实施方案的自动校准lspr方法，该自动校准lspr方法通过使用具有已知浓度的目标分子的对照载运件来在温度变化条件下定量确定附着于基于聚合物的测试载运件的目标分子的量。

具体实施方式

表面等离子体共振(spr)测量装置和系统

表面等离子体共振(spr)条件可以用于通过测量光的最小反射(或最大吸收)角度来检测可化学结合、吸附或以其他方式附着在金属(例如金和银)表面上的某些目标分子(例如聚合物、dna或蛋白质等)的存在。例如，目标分子的存在可以通过利用被构造成捕获目标分子或与目标分子相互作用、键合或结合的某些捕获分子来检测。当可固定在金属表面上的捕获分子捕获目标分子时，可以引起金属表面的扰动，这转而会诱发spr条件的改变。这样的改变可以作为测试载运件的反射率的变化被测量，并且形成适于测量各种目标分子的存在的一些基于spr的测量技术的基础。

平面spr测量系统

图1示出了根据一个实施方案的基于平面金属薄膜的spr测量系统100，该系统用于使用测试载运件120检测目标分子的存在。平面spr测量系统100包括用于用入射光114(例如，偏振入射光)照射测试载运件120的光源110以及用于接收一定范围波长的反射光118的检测器130(例如，光电检测器)。测试载运件120包括基底124、形成在基底124的一侧上的薄金属膜128以及设置在基底124的另一侧上的玻璃块136或合适的单色仪。测试载运件120另外包括用于将溶液142输送至薄金属膜128的表面的通道132。溶液142包括可以含有待由测量系统100检测的目标分子140的分析物。金属膜128的表面上已附着有被配置为捕获在溶液中可能存在的目标分子140(与目标分子相互作用、键合或结合)的捕获分子144(有时称为配体)。因此，通过使金属膜128的表面与溶液142接触，至少一些捕获分子144可捕获目标分子140并与目标分子140相结合，这可以改变金属膜128的表面等离子体的共振状态。

在操作中，光源110用入射光114照射玻璃块136的一侧。在某些构造中，薄金属膜128(例如，金)被定位成足够靠近玻璃块136，例如与玻璃块接触，使得入射光114的衰逝波可以与金属膜128的表面上的等离子波相互作用，从而激发金属膜128的等离子体。在图1的平面spr测量系统100中，当目标分子140与至少一些捕获分子144结合或被至少一些捕获分子捕获时，可以引起金属表面128的扰动，该扰动诱发金属膜128的等离子体的共振条件的改变。扰动可以进而诱发可由检测器130测量的反射率的变化，检测器的信号随后可以由分析单元148分析。在所示的系统100中，当通过通道132注入溶液142时，一些目标分子140可以与捕获分子化学结合，从而引起与目标分子140的结合浓度成比例的折射率的增加。以这种方式，所示的spr测量系统100允许测量在捕获分子144与目标分子140之间的相互作用。

由于多种原因，基于金属薄膜的spr测量技术的实施仍然困难并且/或者昂贵。一个原因与用于形成薄金属膜的许多目前的技术会限制其上形成有金属膜的基底的形状和表面这一事实有关。例如，热化学气相沉积(vapordeposition)通常需要不适用于基底诸如聚合物基底的温度。在其他沉积技术诸如物理气相沉积或等离子增强化学气相沉积中，遮蔽(shadowing，阴影)效应可能导致厚度不均匀。在一些可能保形的技术(诸如电镀)中，可能需要特殊的种子层。在诸如原子层沉积的另一些其他保形技术中，沉积速率可能很慢。此外，制造具有复杂形状的测试载运件以增强灵敏度和/或通用性可能相关联地有相对较高的成本。许多基于金属膜的spr技术仍然难以实现的另一个原因涉及在改变诸如温度的环境因素时获得准确且可靠的定量信号。因此，在下文中，所公开的各种实施方案涉及使用基于纳米颗粒的局域spr(lspr)的基于spr的测量技术的具有改进的灵敏度、通用性和可靠性的测试载运件、系统和方法。

局域表面等离子体(lspr)测量系统

图2a和图2b示出了根据实施方案的用于检测可附着于测试载运件的表面的目标分子的局域表面等离子体共振(lspr)测量系统200a/b。图2a示出了在引入待检测的目标分子之前的lspr测量系统200a，而图2b示出了在引入待检测的目标分子后的lspr测量系统200b。lspr测量系统200a/b包括光源210和光电检测器230，所述光源被构造为照射测试载运件220a/220b并将入射光214透射穿过测试载运件，所述光电检测器230被构造为检测一定范围波长的透射光238a/238b。与参考图1描述的其中检测光为反射光的spr测量系统不同，图2a和图2b的lspr测量系统被构造为由透射穿过测试载运件220a/220b的光238a、238b检测目标分子。

参考图2a和图2b，测试载运件220a/220b包括被构造为保持溶液232和基底224的容器222。容器222和基底224具有被构造为与溶液232(当存在时)接触的内表面222s和224s。内表面222s的至少一部分和/或内表面224s的一部分上形成有金属纳米颗粒228的层。另外，内表面222s的至少一部分和/或内表面224s的一部分上形成有捕获分子(有时称为配体)244。在一些实施方案中，捕获分子244直接(例如，化学结合)或间接(例如，捕获抗体)固定到内表面222s和/或表面224s上。捕获分子244适于通过与目标分子化学结合来捕获特定的目标分子236。参考图2b，当将目标分子240引入到溶液232中时，至少一些目标分子240化学地附着于捕获分子244。

在操作中，将在捕获分子244暴露于目标分子240之前透射穿过测试载运件200a的来自光源210的入射偏振光214与在暴露捕获分子244之后透射穿过测试载运件200b的入射偏振光214进行比较，以检测目标分子240的存在。在不受任何理论约束的情况下，当将目标分子(或分析物)240引入到测试载运件200a时，一些目标分子240与捕获分子(或配体)244结合，从而引起金属纳米颗粒228的表面的扰动，这诱发共振条件的改变。该改变导致吸光度的变化，吸光度的变化可以基于在透射穿过暴露于目标分子240前的测试载运件200a的透射光238a与透射穿过暴露于目标分子240后的测试载运件200b的透射光238b的差异来测量。结合的目标分子240引起折射率的增加，折射率的增加的幅度与结合的目标分子240的浓度成比例。因此，结合的目标分子240诱发吸光度的变化，吸光度的变化经由光电检测器230检测并由分析单元248分析。因此，所公开的lspr测量系统允许定量测量目标分子240的浓度。

应当理解，在不受任何理论约束的情况下，图2b的金属纳米颗粒228的层与图2a的薄金属膜相比具有明显不同的光学响应特性。在某些情况下，金属纳米颗粒表现出比金属薄膜更强的光学共振。结果，撞击金属颗粒(例如，数十纳米)的平面波可以强烈地“聚焦”到颗粒中，导致在颗粒周围数纳米到数十纳米的区域内的大电场密度，该区域的尺寸通常随着颗粒尺寸的增加而增加。例如，对于40nm的金纳米颗粒，该区域可以从纳米颗粒的表面延伸至多达60nm。此外，在不受任何理论约束的情况下，由于相邻颗粒之间的等离子体耦合，密集排列并且/或者有规律地间隔开的纳米颗粒可以表现出甚至进一步增强的场强度。此外，通过改变纳米颗粒的形状或几何构型，spr频率可以在宽光谱范围内进行调谐。因此，根据本文公开的各种实施方案，实现强局域场强度的能力使得lspr技术比spr技术更通用。

在下文中，在不失一般性的情况下，待检测的目标分子240可以包括分子，诸如氨基酸、肽、多肽、蛋白质、糖蛋白、脂蛋白、核苷、核苷酸、寡核苷酸、核酸、糖、碳水化合物、寡糖、多糖、脂肪酸、脂质(例如，脂质囊泡)、激素、代谢物、细胞因子、神经递质、抗原、变应原、抗体、抑制剂、药物分子、毒素、毒物、杀虫剂、细菌、病毒、放射性同位素、维生素、苯丙胺类、脱氧核糖核酸(dna)、核糖核酸(rna)、金属离子、食物中的残留化学物质诸如肉中的抗生素和水中的污染物等等。

在下文中，在不失一般性的情况下，捕获分子244可以包括适于捕获待检测的目标物质的合适分子，包括抗原、抗体、蛋白质、肽、脱氧核糖核酸(dna)、核糖核酸(rna)、肽核酸(pna)、酶、激素或激素受体等等。

在下文中，在不失一般性的情况下，金属纳米颗粒228可以包括金属元素，诸如铝(al)、铋(bi)、钴(co)、铜(cu)、金(au)、铁(fe)、铟(in)、钼(mo)、镍(ni)、铬(cr)、银(ag)、钯(pd)、铂(pt)、钌(ru)、铑(rh)、锡(β-sn)、钽(ta)、钛(ti)、钨(w)和锌(zn)等等。金属纳米颗粒另外可以包括金属元素的金属性氧化物或氮化物，例如tin、tan、tacn和ruo2等等。金属纳米颗粒另外可以包括半导体材料，这些半导体材料具有足够高的掺杂浓度，使得其性质是金属性的。例如，高掺杂半导体纳米颗粒可以包括诸如硅(si)、锗(ge)、锡(α-sn)、砷化镓(gaas)、砷化铟(inas)、硒化镉(cdse)、硫化镉(cds)、碲化镉(cdte)、硫化锌(zns)、硒化锌(znse)和硫化铅(pbs)等的半导体材料。具有金属性质的金属氧化物、金属氮化物和半导体纳米颗粒可以具有例如超过1×10¹⁸/cm³的载流子密度(例如电子密度)。

在图2b中，仅为了说明的目的，金属纳米颗粒228被描绘为具有球形形状。但是，金属纳米颗粒228可以具有各种其他形状，包括例如类似球形、椭球形、金字塔形、棒状、线状、多边形和多荚状(multi-podded)。另外，金属纳米颗粒228可以具有封闭在其中的空隙或者具有核-壳结构，其中核-壳结构的至少壳包含上述的金属或金属氧化物或半导体。

具有涂覆有纳米颗粒的基底的基于聚合物的lspr测试载运件

外壳和样品容器

参考图3a-3d，根据一实施方案示出了lspr测试载运件300。参考图3a和图3b，测试载运件300包括外壳304，该外壳包括被构造为包围容器350的前部310和后部320。测试载运件300被构造为在前侧接收沿x方向行进的入射光314，并使透射光338从相对侧通过。

在各种实施方案中，外壳304和容器350的至少部分是使用在可见光波长范围内是透明的光学透明材料(例如，聚合材料)制成的。如本文所述，可见光是指波长在约380nm至约1100nm之间的光的光子。在一些实施方案中，外壳304的至少部分是使用对可见光光学不透明的材料制成的。在一些实施方案中，容器350的一些部分是使用不透明材料制成的。在一些实施方案中，外壳304和容器350的使入射光314进入和离开测试载运件而穿过的侧面的至少部分可以是使用光学透明的材料制成的，以允许光通过。在一些实施方案中，外壳304和容器350的使入射光314进入和离开测试载运件而穿过的侧面的至少部分可以是使用光学透明的材料制成的，以使光通过测试载运件。其余部分也可以是使用透明材料、不透明材料或两者制成的。在一些实施方案中，容器350的使入射光314进入和离开测试载运件而穿过的侧面的至少部分可以是使用透明材料制成的，而外壳304基本上完全使用不透明材料制成。容器350的剩余部分也可以使用透明材料、不透明材料或两者制成。

在一些实施方案中，外壳304的前部310具有适于使入射光不受阻碍地通过的光接收窗口340。在所示实施方案中，光接收窗口340是从中将外壳304的材料移除或切出以使穿过其中的光的透射最大化的狭槽、凹入部或凹口。在其他实施方案中，光接收窗口340可以是透明或部分透明的窗口的形式。在再一些实施方案中，光接收窗口340可以是被构造成选择性地使某些波长更大比例通过的滤光器的形式。虽然未示出，后部320可以具有光出射部分，该光出射部分可以在x方向上与光接收窗口340类似并且至少部分与光接收窗口340对准。

参考图3b-3d，容器350具有不受阻碍地接收入射光314的光接收窗口354。在所示实施方案中，光接收窗口314是光学透明的窗口，其材料和厚度被优化以使穿过其中的光的透射最大化。例如，在基本整个容器350是使用光学透明材料制成的实施方案中，光接收窗口314可以具有比容器350的其余部分小的厚度。在其他实施方案中，光接收窗口314可以是被构造成选择性地使某些波长更大比例通过的滤光器的形式。在其他实施方案中，光接收窗口314可以是被构造成聚焦穿过其中的光的光学透镜的形式。虽然未示出，容器350可以具有光出射窗口358，该光出射窗口可以在x方向上与光接收窗口354类似并且至少部分与光接收窗口354对准。

在所示实施方案中，光接收窗口354和光出射窗口358相对于彼此凹入，使得两者之间的距离与容器350的其余前表面和后表面相比减小。具有这样的构造可以有利于优化光的路径并且/或者优化(例如减小)由容器350保持的溶液的总体积。

在一些实施方案中，容器350被构造为包括管状内腔的管(cuvette，杯)，并且被构造成保持液体样品。在所示实施方案中，容器350和外壳304具有正方形截面。然而，应当理解，容器350和/或外壳304可以具有其他合适的截面形状，例如圆形截面。容器350可以具有允许各种参数的简便计算的尺寸的横向尺寸，例如由光束横穿的在x方向上的长度为10mm。

用于目标分子检测的基于聚合物的基底

仍然参考图3b-3d，容器350被构造成保持一个样品基底362或多个样品基底360a、360b和360c。在图3d的所示实施方案中，容器350保持三个基底360a、360b和360c。然而，在其他实施方案中，容器350可以保持更少或更多的基底。每个基底362、362a-362c具有手柄区域362和分析区域368。每个基底具有面向入射光314的前侧和面向透射光338的后侧。样品基底362、362a-362c的至少部分使用透明材料(例如，透明聚合材料)形成。

参考回图3a和图3b，外壳的前部310具有前开口330，并且后部320具有后开口334。另外，参考图3b-3d，基底362、362a-362c在手柄区域362中也具有开口364。本发明人已经发现，具有这种开口可以有益于减少在基底与容器350的相邻内表面之间的间隙中可形成的气泡数量或在存在多个基底时在相邻基底之间的间隙中可形成的气泡数量。在一些情况下，在这种间隙中形成的气泡上升到开口，在开口处可以将气泡弄破，从而减少或消除气泡。在一些实施方案中，前开口330和后开口334以及开口364基本上在横向和竖向上均对准，本发明人已经发现这使气泡最少化的效果最大化。

如本文所述，可见光波长的光学透明材料是指透射至少约80％的处于可见光波长的入射光的材料。在不失一般性的情况下，可用于外壳、容器和基底中的任一项或全部的透明聚合材料包括聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、三乙酰纤维素(tac)、环烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、或其组合。可以使用的透明非聚合材料或无机材料包括基于氧化硅的材料(例如，无定形二氧化硅或石英)或基于氧化铝的材料(例如，蓝宝石)。

通过纳米颗粒和捕获分子的目标分子检测

参考图3e和图3f，容器350被构造成在其中接收和保持溶液332。基底360的分析区域368的前侧面368f和后侧面368r的至少部分上形成有金属纳米颗粒328的层。另外，分析区域368的前侧面和后侧面的至少部分上形成有捕获分子344的层。捕获分子344可以被固定。在一些实施方案中，基底360具有未涂覆部分362，该未涂覆部分上未形成有金属纳米颗粒328和捕获分子344的层中的一者或两者。捕获分子344适于通过与特定的目标分子化学结合来捕获特定的目标分子。参考图3e，当将目标分子340引入到溶液332中时，至少一些目标分子340化学地附着至捕获分子344。虽然所示实施方案仅示出了形成在基底360的分析区域368的表面上的纳米颗粒328和捕获分子344，但在其他实施方案中，容器350的内表面的至少部分(例如光接收窗口354和光出射窗口358的内表面的部分)上也可以形成有纳米颗粒328和捕获分子344。

参考图3e和图3f，在操作中，在将具有捕获分子344的基底360暴露于目标分子340之前，将入射光314透射穿过测试载运件300a(图3e)，并且在将基底360暴露于目标分子340之后，将入射光314透射穿过测试载运件300b(图3f)。然后将穿过测试载运件300a和300b的光的吸光度进行比较，以检测目标分子340的存在。在所示实施方案中，入射光314被引导至表面360的分析区域368，使得基本上所有的入射光314作为透射光338a/b离开分析区域368，而基本上不被反射。在一些实施方案中，以基本上与接收入射光314的分析区域的表面垂直的角度引导入射光314。在不受任何理论约束的情况下，一些目标分子340与捕获分子344结合，从而引起金属纳米颗粒328的表面的扰动，该扰动诱发共振条件的改变，这进而导致吸光度的变化，吸光度的变化可以基于透射穿过暴露于目标分子340前的测试载运件300a的透射光338a与透射穿过暴露于目标分子340后的测试载运件300b的透射光338b的差异来测量。结合的目标分子340引起折射率的增加，折射率的增加的幅度与结合的目标分子340的浓度成比例。因此，结合的目标分子340诱发如下所述可被检测用于定量分析的吸光度的变化。

吸光度光谱和吸光度差光谱

图4a是示出根据实施方案的、使用与上面关于图2a和图2b的描述类似的lspr测量系统、采用与上面关于图3a-3f的描述类似的lspr测试载运件获取的一组吸光度光谱的曲线图400。曲线图400的y轴表示测量的吸光度，x轴表示测量吸光度的波长(λ)。所示的吸光度光谱410a、420a和430a分别表示例如在引入目标分子之前具有一个、两个和三个基底的测试载运件的测量吸光度值，其中每个基底被布置为类似于上面关于图3e所描述的测试载运件，其中在其上形成有纳米颗粒的每个基底被浸入溶液中并且在每个基底上形成有捕获分子。所示的吸光度光谱410b、420b和430b例如分别表示在将目标分子引入并附着于捕获分子后的一个、两个和三个基底的测量吸光度值，其中每个基底被布置为类似于上面关于图3f所描述的测试载运件，其中在其上形成有纳米颗粒的每个基底被浸入溶液中并且在每个基底上形成有捕获分子。在所示的吸光度光谱410a、420a和430a中，每个基底在分析区域(图3b-3d中的368、368a、368b和368c)中具有大约相同的纳米颗粒和捕获分子覆盖面积。另外，在所示的吸光度光谱410b、420b和430b中，每个基底在分析区域所浸入的溶液中经受大约相同浓度的目标分子。

图4b是示出根据实施方案的、可以基于与图4a类似的一组吸光度数据集合来获得的一组吸光度差光谱的曲线图450。曲线图450的y轴表示在使基底在溶液中经受一定浓度的目标分子之前和之后测量的吸光度之间的吸光度值的差异，其中基底的分析区域浸没在该溶液中。x轴表示测量吸光度的波长(λ)。所示的吸光度差光谱460、470和480例如分别表示在各种波长下对具有一个、两个和三个基底的测试载运件在使基底经受目标分子之前和之后测量的吸光度值的差异。也就是说，吸光度光谱460、470和480例如可以表示在基底经受目标分子之前(例如，类似于410a、420a和430a)和在基底经受目标分子之后(例如，类似于410b、420b和430b)的光强度差异。如所示的，吸光度差光谱460、470和480的差值随着基底的数量成比例地增加。

在一些实际的实施方式中，代替获取如图4a和图4b中所示的吸光度光谱或吸光度变化，在特别选定的波长(例如，峰值波长)下测量吸光度或吸光度变化(δ吸光度)可能更实际。图4c是曲线图500，该曲线图500示出了y轴上的在单个波长(例如，峰值波长)下测量的将基底暴露于目标分子而产生的吸光度变化随着设置在测试载运件中的基底数量(x轴)而变。与上面关于图4b所述的类似，吸光度的变化幅度与光通过的基底的数量成比例地增加。另外，因为光吸光度强度变化与折射率的相应变化成正比，所以y轴可以可互换地表示为δ折射率的变化。

因此，如图4a和图4b中所示，与在将基底暴露于目标分子之前的相应吸光度光谱410a、420a和430a相比，lspr测试载运件(其基底上形成有用于目标分子的纳米颗粒和捕获分子)的吸光度光谱410b、420b和430b表现出在将基底暴露于目标分子之后的增加的吸光度值。除了其他方面，吸光度值的增加幅度与附着的目标分子的表面浓度成比例。因此，基于纳米颗粒表面密度和捕获分子表面密度的已知值，并且基于将基底暴露于目标分子之前和之后测量的吸光度的差异，可以确定溶液中目标分子的浓度。另外，如图4b和图5中所述，由于吸光度与基底的数量成比例地增加，使用如图3d所示被构造为保持多个基底的测试载运件，可以增强目标分子的检测灵敏度(例如，信噪比)。

基于衰减全内反射的测试载运件

已知当光束通过具有第一折射率n1的第一介质(例如玻璃)并被引导到具有低于n1的第二折射率n2的第二介质(例如液体或空气)中时，光束在第一介质和第二介质之间的界面处弯曲远离具有垂直于界面方向的法线。光束的弯曲大小由斯涅尔定律决定，该定律指出n1×sinθ1＝n2×sinθ2，其中n1和n2分别是第一介质和第二介质的折射率，θ1表示第一介质内的入射光束相对于法线的第一角度，θ2表示第二介质内的折射光束相对于法线的第二角度。

当穿过第一介质行进的光束以足够大的角度(称为临界角θc)照射两个介质之间的界面时，其折射方向变得平行于界面(相对于法线为90度)，并且该光束以较大的角度被完全反射回到第一介质中。这种条件称为全内反射。当穿过包括具有第一率的第一介质的导光结构(例如光纤)传播的准直光束以大于θc的角度到达在该结构与外部介质(诸如形成在该结构的表面上并且包括具有低于第一率的第二率的第二介质的材料)之间的界面时，光束可以通过在两个介质之间的界面处经历一系列全内反射而在全内反射模式下被引导穿过该结构。可以通过改变入射角度来改变反射次数。该技术有时被称为衰减全内反射或atr。在本文公开的lspr测试载运件、lspr测量方法和lspr测量系统的一些实施方案中，可以有利地采用atr，如下文所述。

基于atr的用于lspr测量的基于聚合物的导光结构

图6a示出了被构造为利用衰减全反射(atr)的基于聚合物的lspr测试载运件600。测试载运件600包括具有在z方向上延伸的长度l并具有第一折射率n1的导光结构660。结构660的所示部分可以例如表示与图3a-3f的分析区域368类似的分析区域，并且包含光学透明材料，例如光学透明的聚合材料。

在一些实施方案中，导光结构660具有一个表面或多个表面。结构660被示出为具有彼此相对并被构造为在atr模式中反射光束的第一表面660s1和第二表面660s2。在一些实施方案中，第一表面660f和第二表面660r表示单个表面的不同部分，如下面关于图6b-6c所示。

第一表面660s1和第二表面660s2的至少部分具有形成其上的金属纳米颗粒628的层。另外，第一表面660s1和第二表面660s2的至少部分具有形成其上的捕获分子644。捕获分子644适于通过与特定的目标分子化学结合来捕获特定的目标分子。

与上面关于图3a-3f描述的测试载运件300类似，表面660s1和660s2被构造成与溶液632接触，该溶液可以被保持在容器中，结构660可以以与关于图3a-3f的基底360描述的类似的方式被至少部分地浸入在该容器中。具有或不具有溶解在其中的目标分子的溶液632具有比结构660的第一折射率n1低的第二折射率n2。与上面关于图3e-3f描述的捕获分子类似，当将目标分子640引入到溶液中时，至少一些目标分子640化学附着至捕获分子644。

仍然参考图6a，与上文关于图3e和图3f所描述的其中光束以单程透射穿过基底的测试载运件不同，入射光束614(例如光束)通过端面660s3进入导光结构660并且大体上沿着对应于结构660的长度方向的z方向行进。光束614相对于法线(x轴)以大于用于如上所述的衰减全内反射(atr)条件的临界角θc的角度θ被引导向结构660的表面660s1或660s2中的一个表面，使得光束614不通过表面660s1或660s2中的所述一个表面出射，而是代替地朝向表面660s1或660s2中的另一个表面被内反射回到结构660的内部。通过独立地选择n1、n2、l和θ的值，可以多次重复内反射事件，使得可以发生可适合于给定系统的适当数目的内反射事件。

应当理解，在一些实施方式中，可被准直的光束614被引导向结构660的表面660s1或660s2中的一个表面，使得如上所述满足atr条件。在一些其他实施方式中，光束614可以在其进入导光结构660的第一端时未被准直或部分准直。在进入后，一些光子满足atr条件并且被全内反射，从而到达导光结构660的第二端，而不满足atr条件的其他光子透射穿过表面660s1或660s2中的一个表面或在表面660s1或660s2中的一个表面处漫散射。以这种方式，在一些实施方式中，基于聚合物的lspr测试载运件600“自我选择”满足atr条件的光束，避免了对光束614的高度预准直的需要。

在不受任何理论约束的情况下，尽管光束614被全内反射，但是反射光产生与表面660s1和660s2相邻的受限电磁场，使得形成消逝场(evanescentfield，渐逝场)，消逝场的强度随着在x方向上远离表面660s1和660s2呈指数衰减。可以由do(未示出)表示的特征性全反射消逝衰减长度(例如，场波的幅度中的1/e衰减长度)可以延伸例如入射光波长的大约1/3，例如一百至几百纳米，例如约200nm。

在根据实施方案的atr条件下的图6a的lspr测试载运件600中，金属纳米颗粒628的表面处的自由电子可以被消逝场激发，从而诱发局域表面等离子体共振(lspr)。在不受任何理论约束的情况下，由于消逝场强度在do内指数性衰减，表面自由电子的激发被限制于一区域，这也称为通常厚度小于100纳米的lspr场衰减长度(λo)(例如～20nm)。由于金属纳米颗粒628的激发可以相对地局域化到相对较薄的区域，并且由于光束经历多次内反射事件，与许多其他spr技术相比，在使用lspr测试载运件600时可以获得高得多的信噪比。

因此，根据本文公开的实施方案，通过对在将捕获分子644暴露于目标分子648之前和在atr条件下透射穿过导光结构660的光束进行比较，可以基于由与捕获分子644结合的目标分子640引起的在金属纳米颗粒628的表面的扰动来检测溶液632中存在的目标分子，该扰动诱发共振条件的改变。共振条件的改变进而导致吸光度的变化，可以以与上面关于图3a-3f的描述类似的方式、但以更高的灵敏度和更高的信噪水平基于在将结构660暴露于目标分子640之前和之后透射穿过测试载运件600的透射光638的差异来测量吸光度的变化。

基于atr的用于lspr测量的基于聚合物的导光结构的构造

图6b、图6c和图6d分别示出了被构造为以与上面关于图6a的描述类似的方式利用衰减全反射(atr)的基于聚合物的lspr测试载运件670、680和690。具体地，图6b-6d示出了具有均匀且连续地涂覆有金属纳米颗粒和捕获分子的分析区域的测试载运件。可以理解，图6b-6d所示的测试载运件的分析区域表示可用作给定测试载运件的独立分析区域的实施方案。另外，分析区域及其各个区域或部分可以组合使用或重复使用。

每个测试载运件670、680和690分别包括导光结构660a、660b和660c，每个导光结构包括具有第一折射率n1的相应的分析区域668a-668c。每个导光结构660a-660c具有第一端和第二端以及在第一端和第二端之间的相应的分析区域668a-668c，每个分析区域包含光学透明的材料，例如光学透明的聚合材料。每个分析区域668a-668c具有包含透明聚合材料的相应的分析区域表面668s1、668s2和668s3。在所示实施方案中，透明聚合材料具有第一折射率n1，并且每个分析区域表面668s1-668s3被构造为在如上面关于图6a所描述的atr模式下反射光束。

与如上关于图6a所述的导光结构660的表面660s1和660s2所述的类似，在图6b-6d的所示实施方案中，分析区域表面668s1-668s3的至少部分上形成有金属纳米颗粒628的层(为了清楚起见未示出)。另外，分析区域表面668s1-668s3的至少部分上形成有捕获分子644(为了清楚起见未示出)。捕获分子644适于通过与特定的目标分子化学结合来捕获特定的目标分子。

仍然参考图6b-6d，导光结构660a-660c中的任何一个或多个导光结构可以具有未涂覆部分664a、664b和664c，所述未涂覆部分664a、664b和664c包含与分析区域668a-668c相同的透明聚合材料、并且具有其上未形成有金属纳米颗粒628和捕获分子644层中的一者或两者的相应的表面664s1、664s2和664s3。另外，导光结构660a-660c中的任何一个或多个导光结构可以具有包含与分析区域668a-668c相同的透明聚合材料并且设置在导光结构的第一端和第二端中的至少一端附近的相应的导光部分662a、662b和662c。

仍然参考图6b-6d，每个测试载运件670、680和690具有被构造成在其中保持液体溶液632的相应的容器628a、628b和628c。液体适于如上关于图6a所述溶解目标分子648(未示出)。当存在液体632时，每个导光结构660a-660c被构造成使得分析区域668a-668c的至少部分可以浸入液体632中。

如上关于图6a所述，每个分析区域表面668s1-668s3被构造为与容器628a-628c中的溶液632接触。具有或不具有溶解其中的目标分子的溶液632具有比分析区域668a-668c的第一折射率n1低的第二折射率n2。与上面关于图3e-3f所描述的捕获分子类似，当将目标分子640(未示出)引入到溶液632中时，至少一些目标分子化学附着于捕获分子644(未示出)，使得诱发吸光度的变化。

仍然参考6b-6d，在操作中，每个测试载运件670、680和690被构造成使得在导光结构660a、660b和660c的第一端接收由光源610发射的入射偏振光束614，并且被进一步构造为使光至少部分透射穿过相应的导光结构660a、660b和660c。每个测试载运件670、680和690被进一步构造成使得在导光结构660a、660b和660c的第二端发射透射光，以使用检测器630对透射光进行检测。在一些实施方案中，在导光结构的第二端与检测器630之间可以设置有一个或多个透镜672和/或一个或多个滤光器674，以聚焦光并且/或者选择性地过滤行进穿过其中的光。

每个测试载运件670、680和690被构造成使得透射穿过导光结构660a、660b和660c的光在如上所述的衰减全内反射(atr)条件下在导光结构的第一端和第二端之间被引导。也就是说，由于溶液632的第二折射率n2低于分析区域668a、668b和668c的第一折射率n1，穿过导光结构660a-660c行进并以一定角度到达与溶液632形成界面的相应表面668s1、668s1和668s3的光束不会穿过表面668s1离开，而是朝向相对的表面内反射回到导光结构660a-660c的内部。特别地，到达界面并且在光投射(impingement)点处相对于表面668s1、668s2和668s3的法线形成大于临界角度θc的角度θ的光束会满足如上所述的衰减全内反射(atr)条件。通过独立地选择n1、n2、θ和光路径长度的值，可以将内反射事件重复期望的数目，使得可以发生可以适合于给定系统的适当数目的内反射事件。

参考图6b，根据一个实施方案示出了包括导光结构660a的测试载运件670，该导光结构被构造成从一侧接收入射光614并且沿竖直方向从测试载运件670的相对侧收集透射光638。测试载运件670包括以基本上共线的柱形构造布置的导光部分662a、未涂覆部分664a和分析部分668a。至少分析部分668a使用聚合材料形成，使得分析区域表面668s1具有适于形成金属纳米颗粒层(为了清楚起见未示出)并适于在其上附着捕获分子(为了清楚起见未示出)的聚合物表面，其中捕获分子适于捕获特定的目标分子。分析部分668a的至少一部分被构造为浸入溶液632中。溶液适于在其中溶解待检测的目标分子。有利地，导光结构660a的基本上共线的构造适用于其中整个长度的光源610和光检测器630沿光行进方向设置在导光结构660a的相对侧上的lspr测量系统。

应当理解，可以调整导光结构660a的各个部分的各种尺寸以获得期望的检测特性。例如，分析区域688在z方向上的长度、分析区域688在y或z方向上的直径以及导光结构660a的聚合材料的折射率n1例如可以基于根据其他物理约束所期望的全内反射数目来选择，其他物理约束例如为诸如容器628a的尺寸(该尺寸可以基于可溶解在容器628a中的目标分子的量的可用性来选择)、溶液632的折射率n2以及如下所述的纳米颗粒涂覆装置和工艺的物理约束等等。

在图6b的所示实施方案中，至少包括分析部分668a在内的导光结构660a的各个部分具有基本圆形的截面形状(在y-z平面内)。但是，可能的实施方案不限于此。例如，可以是多边形(三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)、椭圆形或其他合适形状的截面形状。

在图6b的所示实施方案中，至少包括导光结构660a的分析部分668a在内的导光结构660a的各个部分在光行进方向(z方向)上基本上不偏离线性。也就是说，至少导光结构660a的分析部分668a不具有偏离z方向的实质性弯曲、屈曲、弧形、弯折、弓形、扭曲、环形或翻折。在下文中，关于图6c和图6d描述了具有这种线性偏离的实施方案。

参考图6c，测试载运件680包括具有至少一个弯曲部分682的导光结构660b。与图6b的导光结构660a不同，根据一个实施方案，测试载运件680的导光结构660b被构造成从测试载运件680的一侧(例如顶部)接收入射光614并将透射光638发射到测试载运件680的相同竖直侧。

与图6b的测试载运件670类似，至少测试载运件680的分析部分668b使用聚合材料形成，使得分析区域表面668s2具有适于形成金属纳米颗粒层(为了清楚起见未示出)并适于在其上附着捕获分子(为了清楚起见未示出)的聚合物表面，其中捕获分子适于捕获特定的目标分子。同样与图6b类似，分析部分668b的至少一部分被构造为浸入适于溶解目标分子的溶液632中。

不同于图6b，测试载运件680具有形成在光接收端和光发射端中的每一端的导光部分662b，并且光接收端和光发射端都被构造成布置在溶液632外部。同样不同于图6b，至少导光结构660b的分析部分668b基本上偏离线性并且包括至少一个弯曲部分682。在所示实施方案中，弯曲部分682包括u形弯曲区域，使得光传播方向从向下的方向反转朝向向上的方向。结果，与图6b的导光结构660a不同，从导光结构660b的光检测端离开的全内反射光672是与导光结构660b的光接收端相同的竖直侧。有利地，导光结构660b的非线性构造可以适用于其中光源610和光检测器630沿光行进方向设置在导光结构660a的相对侧上的lspr测量系统。

仅为了说明的目的，示出了包括包含u形弯曲区域的单个弯曲部分682的分析区域668b。但是，应当理解，本文所描述的实施方案不限于此，可以包括多个弯曲部分682作为分析区域668b的一部分。例如，分析区域668b可以包括具有串联连接的交替式凹凸u形弯曲区域的多个弯曲部分682，以增加分析区域668b的总体有效长度。

此外，每个弯曲部分682可以包括其他弯曲形状。例如，弯曲部分682可以包括屈曲、弧形、弯折和弓形以及其他弯曲形状中的一种或多种，使得引导光远离原始行进方向(向下的方向)并朝向不同方向。另外，可以优化这种曲率，以具有选择的曲率半径以实现期望的atr吸收信号或信噪比。

另外，与如上关于图6b所述的类似，除了所示的圆形之外，导光结构660a的各个部分的截面形状还可以具有其他形状，诸如多边形(三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)、椭圆形或其他合适的形状。

参考图6d，根据一个实施方案，测试载运件690包括具有多个卷绕部分692的导光结构660c，该导光结构被构造成从一侧接收入射光614并从测试载运件680的相同竖直侧收集透射光638。

与图6b的测试载运件680类似，至少测试载运件690的分析部分668c使用聚合材料形成，使得分析区域表面668s3具有适于形成金属纳米颗粒层(为了清楚起见未示出)并且适于在其上附着捕获分子(为了清楚起见未示出)的聚合物表面，其中捕获分子适于捕获特定的目标分子。同样与图6b类似，分析部分668c的至少一部分被构造成浸入适于溶解目标分子的溶液632中。另外，测试载运件690具有在光接收端和光发射端中的每一端形成的导光部分662c，并且光接收端和光发射端都被构造成布置于溶液632的外部。同样与图6c类似，导光结构660c的至少分析部分668c基本上偏离线性并且包括多个卷绕部分692。在所示实施方案中，分析区域668c包括多个卷绕部分692，其中光传播方向以螺旋方式横向地并且在朝向向下的方向竖直地连续变化。分析区域668c另外包括与最下面卷绕部分692的端部连接的光返回的部分路径694，使得光束改变其路径朝向向上的方向，以在发射端被透射。结果，从导光结构660c的光检测端离开的全内反射光672与导光结构660b的光接收端处在相同的竖直侧。有利地，导光结构660c的卷绕结构可以适用于其中光源610和光检测器630沿光行进方向设置在导光结构660b的相对侧上的lspr测量系统。

仅为了说明的目的，示出了包括六个卷绕部分692的分析区域668c。但是，应当理解，本文所描述的实施方案不限于此，并且可以包括任何期望数量的卷绕部分692作为分析区域668c的一部分。此外，虽然所示出的光返回路径部分694是相对笔直的，但是实施方案不限于此。例如，返回路径还可以含有具有比卷绕部分692更小或更大的曲率半径的多个卷绕部分，使得光行进路径更进一步增加。

此外，每个弯曲部分682可以包括其他弯曲形状。例如，弯曲部分682可以包括屈曲、弧形、弯折和弓形以及其他弯曲形状中的一种或多种，使得引导光远离原始行进方向(向下的方向)并朝向不同方向。另外，可以优化这种曲率，以具有选择的曲率半径从而实现期望的atr吸收信号或信噪比。

另外，与如上关于图6b所述的类似，除了所示的圆形之外，导光结构660a的各个部分的截面形状还可以具有其他形状，诸如多边形(三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)、椭圆形或其他合适的形状。

用纳米颗粒的聚合物基底的等离子体辅助涂覆

等离子体工艺在包括电子、航空航天、汽车、钢铁、生物医学和有毒废物管理等的制造业中具有许多应用。气相等离子体是包括中性分子、电子、离子和自由基的电中性混合物。当通过一个或多个电极向腔室中的一定体积的气体施加能量(例如射频或直流电)时，可以产生气相等离子体，这导致电子获得足够的动能，使得这些电子与该体积的气体的原子或分子碰撞，导致包括电子、离子和自由基的气相等离子体的形成。作为一个实例，当一定体积的氧气(o2等离子体)经受足够的能量以引发等离子体产生时，产生的等离子体含有诸如电子、氧自由基、o2、o3、o^-、o^2-、o⁺、o²⁺和o⁺²的种类。因此，产生的反应性自由基类可以用于进行各种化学作业，并且离子化的原子和分子类可以用于通过与制品(例如基底)的目标表面的相互作用进行各种化学和/或物理作业。在大多数气相等离子体工艺中，反应性自由基类和/或离子化类与待改性的制品的目标表面接触。

在一些等离子体工艺(本文称为基于液体的等离子体工艺)中，在液体中发生放电，或使用液体作为电极来发生放电。在一些基于液体的等离子体工艺中，直接在液体中在均放置在液体内部的两个电极之间产生放电。例如，在称为溶液等离子体处理(spp)的工艺中，将两个电极直接放置在可能含有化学试剂(例如前体)的溶液中，并在两个电极之间施加高电压以引起液体击穿(例如电弧)。在一些其他基于液体的等离子体工艺中，通过使用用作电极之一的液体和设置在液体外部(例如，上方)的另一电极，在液体上方产生放电。该液体通过在其中溶解有导电离子并在与浸入的电极连接时用作电极，使得放电电流通过液体中的离子被输送通过液体。在另一些其他基于液体的等离子体工艺中，在导电液体内部的气泡和腔体中产生放电，因此放电被其中设置有两个电极的液体完全包围。因此，在现有技术的基于液体的等离子体工艺中，通过使用浸没在液体内部的一个或多个导电电极向一定体积的液体本身施加能量来发生放电。

在下文中，根据实施方案公开了其中待处理的制品至少部分浸没的气相等离子体处理。与其他气相等离子体工艺不同，待改性的制品不与气相等离子体直接接触。另外，与其他基于液体的等离子体工艺不同，液体不与电极直接接触。代替地，通过在制品的表面所浸入的液体组合物上方产生的气相等离子体引起或加速材料(例如粘合剂聚合物)在所述制品的表面上的沉积。

在实施方案中，等离子体处理方法涉及用材料层(例如聚合物层和/或纳米颗粒层)涂覆制品。该方法包括在容器(例如电绝缘容器)中提供包含粘合剂聚合物链和溶剂的液体组合物。粘合剂聚合物可以具有多个官能团，例如胺(nh2)基团。包含聚合物表面的待处理制品至少部分浸没在液体组合物中。然后将具有至少部分浸没的制品的容器放置在等离子体反应腔室中。然后向液体组合物表面上方的一定体积的气体施加足以产生气相等离子体的能量。由该体积的气体产生并维持在液体组合物表面上方的气相等离子体引起或加速在制品的聚合物表面上粘合剂聚合物层的形成。例如，可以通过促进聚合物的官能团(例如nh2基团)与聚合物表面的原子(例如氧原子)之间的化学反应来引起或加速沉积。随后，在一些实施方案中，纳米颗粒可以附着于粘合剂聚合物层。在各种实施方案中，气相等离子体不与形成有粘合剂聚合物层的制品的聚合物表面直接接触。此外，液体组合物、制品和容器不电连接，使得在引起或加速沉积时该液体组合物、制品和容器电浮置。

等离子体辅助的纳米颗粒涂覆方法

参考图7，根据各种实施方案描述了用金属纳米颗粒层涂覆聚合物基底的方法700。方法700包括在工艺710中提供包含粘合剂聚合物和溶剂的液体组合物。方法700另外包括在工艺720中将包含聚合物表面的制品至少部分浸入到液体组合物中。聚合物表面包含聚合材料，并且不包含无机玻璃或晶体材料。方法700另外包括在工艺730中向液体组合物施加气相等离子体，以促进粘合剂聚合物与聚合物表面之间的化学反应，从而在制品的聚合物表面上形成粘合剂层。在形成粘合剂层之后，方法700还包括在工艺740中将金属纳米颗粒施加到粘合剂层上，以在粘合剂层上形成金属纳米颗粒层。在有关图8a-8e的下文中，更详细地描述了用金属纳米颗粒层涂覆聚合物基底的工艺的各个阶段。

液体组合物

根据实施方案，图8a示出了提供包含粘合剂聚合物和溶剂的液体组合物800a，所述粘合剂聚合物具有多个官能团。液体组合物800a包含包括溶剂808和粘合剂聚合物804的混合物或溶液。粘合剂聚合物804可以溶解在溶剂808中以形成溶液，或部分溶解在溶剂808中以形成部分溶液/部分混合物，或以其他方式不溶解在溶剂808中以形成混合物。在所示实施方案中，在电绝缘的容器850中制备液体组合物800a。例如，容器850可以是电介质容器，例如光学透明的电介质容器，诸如培养皿。粘合剂聚合物804是聚合物基材料，其用于将纳米颗粒固定在基底上，更具体地，用于在工艺后期将金属纳米颗粒固定在聚合物基底上。粘合剂聚合物804可以例如通过在粘合剂聚合物804的链中的一些位置处与聚合物基底的表面原子结合同时在该链中的一些其他位置处与金属颗粒结合(后面更详细地描述)，来固定纳米颗粒。在一些实施方案中，粘合剂聚合物804包括多个粘合剂官能团816，在所示实施方案中，粘合剂官能团是胺末端(nh2)。也可以是其他粘合剂官能团816，例如巯基(sh)、膦酸根(-po(oh)2或-po(or)2)。

在一些实施方案中，粘合剂聚合物804包括阳离子聚合物，诸如聚二烯丙基二甲基铵；聚二烯丙基二甲基氯化铵；聚烯丙基胺盐酸盐；聚4-乙烯基苄基三甲基氯化铵；衍生自乙烯胺的多胺，包括二乙烯三胺(deta)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2，二乙二醇的类似物)、三乙烯四胺(teta)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2)、四乙烯五胺(tepa)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2)、五乙烯六胺(peha)(h2n-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh-ch2ch2-nh2)、聚乙烯胺；超支化聚合物，包括聚酰胺-胺树状大分子、聚丙烯亚胺树状大分子；聚乙烯亚胺(pei)；或其混合物。在其他实施方案中、粘合剂聚合物804包括阴离子聚合物，诸如聚丙烯酸、聚4-苯乙烯磺酸钠、聚乙烯基磺酸、聚钠盐、聚氨基酸、或其混合物。在一些实施方案中，粘合剂聚合物包括线性或多支化聚乙烯亚胺(pei)、乙二胺或适合于在聚合物基底的表面上形成酰胺键的其他可交联分子。在图8a的所示实施方案中，为了说明的目的，粘合剂聚合物804是包括聚合物的胺官能化的有机分子。

溶剂可以包括可以溶解粘合剂分子以形成溶液的任何合适的溶剂。合适的溶剂例如包括水、氢氧化钠、氢氧化铵或其混合物、以及可以将粘合剂聚合物804溶解或以其他方式保持在液体组合物800a中作为混合物的其他合适的溶剂。

有利地，在一些实施方案中，特定量的粘合剂聚合物804和溶剂808可以以适当的体积比混合，以将液体组合物800a的ph水平控制在期望的范围内，该ph水平在后续工艺中进行优化以用于粘合剂聚合物804与基底的表面原子之间以及粘合剂聚合物804与纳米颗粒之间的结合反应。在一些实施方案中，在混合之前，可以将溶剂808制备成ph水平在约5至9之间，在约6至8之间，例如为7。混合后，可以将粘合剂聚合物和溶剂的组合控制为具有的ph在约8至12之间，在约9至11之间，例如为约10。例如，当粘合剂聚合物包括teta时，可以使用水与teta之间的0.01％至10％的体积比来优化ph值。

本发明人还发现具有特定分子量的粘合剂聚合物804可以有利于优化粘合剂聚合物链与基底的表面原子以及纳米颗粒之间的结合位置的密度。粘合剂聚合物804的分子量可以选择为范围在约100道尔顿至约1×10⁷道尔顿之间、在约1000道尔顿至约1×10⁶道尔顿之间或在约1000道尔顿至约1×10⁵道尔顿之间，例如约10,000道尔顿。

绝缘容器

仍然参考图8a，液体组合物800a被提供在电绝缘的电介质容器850中。电介质容器812可以由不导电的任何合适的绝缘材料形成，绝缘材料诸如聚合材料，例如包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet，聚对苯二甲酸乙二酯)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯(ps，聚苯乙烯)、聚碳酸酯(pc，聚碳酸酯)等等。在一些实施方案中，电介质容器812包含无机玻璃或晶体材料，例如sio2或al2o3。

尽管液体组合物800a可以在非电介质容器(例如导电容器)中制备，但是在如下文关于图8c更详细地描述的那样使液体组合物800a经受等离子体之前，将液体组合物800a转移至电介质容器812。提供包含不导电的绝缘材料的电介质容器850可以提供若干优点。例如，当含有液体组合物800a的电介质容器850经受等离子体条件时(这将针对图8c更详细地描述)，电介质容器850可以为液体组合物800a和电介质容器850在对抗电弧和/或电介质击穿上提供改进的保护。也就是说，当电介质容器850放置在可用作等离子体处理腔室的电极的基底保持器上时，电介质容器850可以将液体组合物和随后放置在液体组合物800a中的制品电浮置。

将聚合物表面浸没在液体组合物中

根据实施方案，图8b示出了至少部分将制品(例如，聚合物基底860)浸入或浸没到液体组合物800b中。根据实施方案，聚合物基底860具有聚合物表面860s。暴露于液体溶液800b(例如浸入液体组合物800b中)的聚合物表面860s的部分直接接触液体组合物800b。根据实施方案，聚合物表面860s具有暴露的碳基链，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet，聚对苯二甲酸乙二酯)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯(ps，聚苯乙烯)、聚碳酸酯(pc，聚碳酸酯)和环烯烃高聚物(coc，环烯烃共聚物)等等。在一些实施方案中，聚合物表面860s不包含无机玻璃或晶体材料，例如sio2或al2o3。

在所示实施方案中，将基底860浸入到如上关于图8a所述包含包括溶剂808和粘合剂聚合物804的混合物或溶液的液体组合物800中。其上具有多个基底官能团832的聚合物表面860s与具有粘合剂官能团816的粘合剂聚合物804接触。聚合物表面860s具有适于与粘合剂官能团816进行化学反应的多个基底官能团832。在所示的实施方案中，基底官能团832是碳酸酯基团(-o-(c＝o)-o-)。聚合物表面860s上的其他官能团832也是可以的，诸如异硫氰酸酯、异氰酸酯和胺末端。

在图8b中，为了说明的目的，基底860被描绘为完全浸入液体组合物800中，使得聚合物表面860s的整个表面接触液体溶液808。但是，应当理解，在其他实施方案中，基底860的一些部分可以被浸入，而其他部分保留在液体组合物800b的外部。应当理解，如下所述，与液体组合物808接触的部分与粘合剂聚合物804反应并随后变得涂覆有纳米颗粒，而不与液体组合物808接触的其他部分不与粘合剂聚合物804反应并且不会涂覆有纳米颗粒。

还应当理解，在其他实施方案中，基底860可以具有非活性表面860ns。在这些实施方案中，非活性表面860ns可以是基底860的其中可以不需要金属纳米颗粒的表面，使得选择性地仅在聚合物表面860s上形成金属纳米颗粒，如下文关于图8e所述。为了说明的目的，非活性表面860ns形成在基底860的侧面上。但是，应当理解，非活性表面860ns可以形成在基底860的表面上的任何地方。例如，非活性表面860ns和聚合物表面860都可以形成在基底860的上表面上。非活性表面860ns可以由与聚合物表面860s不同的材料形成，或由与聚合物表面860s相同的材料形成但是用与基底官能团832不同的官能团官能化或未官能化或以其他方式失活，使得在后续工艺(图8c)中阻止与粘合剂聚合物804的官能团816的反应。

用于在溶液浸入下进行气相等离子体处理的等离子体反应器

根据实施方案，图8c示出了在将聚合物基底860的至少一部分浸没到液体组合物中之后，向液体组合物施加气相等离子体以引起粘合剂聚合物的粘合剂官能团与聚合物表面的基底官能团之间的化学反应，从而在聚合物表面860s上形成粘合剂层。容器850放置在等离子体反应器880的内部。

根据实施方案，等离子体反应器880被构造为用于对溶液浸入下的制品进行气相等离子体处理。等离子体反应器880包括可被通电以向溶剂表面上方的气相原子或分子赋予能量从而引发等离子体产生的至少一个电极。在所示实施方案中，反应器880包括顶部电极862和底部电极864，并且被构造成接收所述容器850。反应器880被构造成通过连接所述反应器880的一个或多个气体入口868接收用于产生气相等离子体的至少一种气体物质。反应器也可以与真空泵(未示出)连接以控制反应器内部的压力。特别地，反应器被构造成控制反应器内部的压力并且维持包括溶剂808和粘合剂聚合物836的液体组合物800c的所有组分的合适的分压，使得这些组分在气相等离子体处理期间不完全蒸发。例如，反应器被构造成例如通过将压力控制并维持在约1毫托至约780托之间、在约1托至约760托之间或在约100托至约760托之间，从而在低于大气压的条件和大气压条件下产生并维持等离子体。

在通过至少一个阀868接收到至少一种气体物质后，通过顶部电极862和底部电极864中的至少一个电极向液体组合物800c的表面与顶部电极862之间的一定体积的气体施加能量872，从而在液体组合物800c的表面与顶部电极862之间产生等离子体872。应当理解，虽然顶部电极862和底部电极864被描绘为设置在反应器880的内部，但是顶部电极862和/或底部电极864中的一者或两者可以放置在反应器880的外部。

如本文所定义的，等离子体反应器的电极是能够向一定体积的气体赋予能量的元件，并且例如可以包括电容板、电感线圈等。在不失一般性的情况下，在一个实施方案中，等离子体反应器是直流或交流等离子体反应器，其中在第一电极862和第二电极864之间施加直流电力或交流电力，以形成电容耦合等离子体放电。在其中等离子体反应器是直流等离子体反应器的一些实施方案中，等离子体反应器被构造为脉冲直流等离子体反应器，其中可以以脉冲形式施加直流电力。脉冲直流电压可以是双极性或单极性。当为双极性时，直流电压在相反极性的幅度方面可以是对称或不对称的。直流或交流电力可以通过第一电极862和第二电极864中的一者或两者来施加，并且可以由电源866驱动。虽然在所示的实施方案中，第一电极862和第二电极864都与电源866连接，但是应当理解，在其他实施方案中，两个电极中只有一个可以是“通电的”，而另一个电极接地或浮置。另外，当两个电极中的一个电极“通电”并且接收脉冲直流或交流电力时，另一个电极可以被置于偏压(例如直流偏压)下，使得带电物质可以加速朝向液体组合物800c。

可以采用其他类型的等离子体产生。例如，等离子体反应器880可以是电感耦合等离子体(icp)反应器或电子回旋共振(ecr)等离子体反应器，其中通过由时变磁场产生的电流供应能量，这在某些情况下可以增强等离子体的密度。

在溶液浸入下形成聚合物层的气相等离子体处理

仍然参考图8c，通过顶部电极862和底部电极864中的至少一个电极向液体组合物800c的表面与顶部电极862之间的一定体积的气体施加能量872，以产生气相等离子体872。

在所示的实施方案中，基底860完全浸没在液体组合物800c中，使得液体组合物800c隔开聚合物表面860s与等离子体872。也就是说，其上附着有粘合剂聚合物836的聚合物表面860s不直接暴露于等离子体872。

在所示实施方案中，整个基底860被浸没，使得整个聚合物表面860s浸没在液体组合物800c下。但是，在其他实施方案中，基底860仅部分浸没，使得表面860的仅一部分浸没在液体组合物800c下。

在一些实施方案中，在产生等离子体872之前，通过一个或多个气体入口868将一种或多种气体引入到等离子体反应器880中以调节等离子体反应器880中的气体组成。在一些实施方案中，一定体积的气体可以包括诸如he、ar、ne和xe的惰性气体或其混合物。在一些实施方案中，一定体积的气体可以包括选自o2、o3、n2、h2、nh3、n2o和no的一种或多种气体及其混合物以及其他气体。然而，应当理解，不需要单独的含氮气体诸如n2或nh3来引起基底官能团与含氮的粘合剂官能团之间的化学反应，因为氮原子由粘合剂官能团本身(例如nh2)提供。

仍然参考图8c，在液体组合物860c的表面上方，例如在液体组合物860c正上方，产生等离子体872。在所示实施方案中，通过使用上述电力输送方法中的一种方法向设置在第一电极860与液体组合物860c的表面之间的一定体积的气体赋予能量，从而在第一电极860与液体组合物860c的表面之间产生等离子体872。例如，在一些实施方案中，可以在交流或脉冲直流条件下以在约10khz至约1mhz之间的频率(例如100khz的调节频率)来驱动电极860和/或862中的一者或两者。在其他实施方案中，频率可以更高，例如为13.56mhz的调节射频频率或2.45ghz的调节微波频率。所施加的偏压的峰峰幅值可以例如在约100v至约100kv之间或在约1kv至10kv之间。

等离子体872的辉光放电的各种光学和化学过程可以有助于粘合剂官能团与基底官能团之间的反应。例如，在不受任何理论约束的情况下，可以通过从等离子体中将各种物质(例如自由基)扩散到液体组合物800c中来至少部分促进这些反应。另外，在不受任何理论约束的情况下，这些反应也可以通过可引起可见光和紫外线中的光子发射的、等离子体872的物质的状态(例如，激发态和基态)之间的各种原子跃迁和/或等离子体872内的各种中性和带电物质之间的解离和再化合反应来促进。因此，在不受这样的理论约束的情况下，从持续的等离子体872产生的等离子体物质和光子引起粘合剂聚合物836的粘合剂官能团816(例如nh2)与至少一部分聚合物表面860s的表面官能团(例如碳酸酯基团(-o-(c＝o)-o-)的氧原子)之间的化学反应，使得如在图8c的所示实施方案中那样在聚合物表面860s上形成聚合物粘合剂836的层。

其他实施方案也是可以的，其中等离子体不持续辉光放电。还有其他实施方案也是可以的，其中在液体组合物860c的表面上方的腔室空间的外部产生等离子体，并且随后将等离子体转移到液体组合物860c的表面上方的空间。

本发明人已经发现，当在液体组合物800c上方保持等离子体872长达在约1毫秒至约1小时之间、在约1秒至约1小时之间、在约1秒至约10分钟之间或在约1秒至约5分钟之间的等离子体处理持续时间时，会引起化学反应。在该持续时间内反应器880的压力被置于约1托至约760托之间的平均压力下，并且可以通过恒定气流或通过压力伺服机构维持在稳定状态。

如上关于图8a所述，容器850是电绝缘容器，例如电介质容器。因此，在所示实施方案中，基底860和液体组合物800c不直接接触底部电极864。另外，没有对基底860以及对液体组合物800c进行其他外部直接电连接，使得在所示的实施方案中，基底860电浮置。但是，在其他实施方案中，基底860可以接地或置于独立偏压(例如直流偏压)下。然而，应当理解，即使当基底860电浮置时，底部电极864可以被独立偏置，例如直流偏置，以将等离子体872内的带电物质改变(例如加速)朝向液体组合物800c。

上述各种等离子体条件的组合导致促进粘合剂聚合物804(图8b)与聚合物表面860s之间的化学反应，以在聚合物表面860s上形成粘合剂层836。粘合剂层836通过由粘合剂官能团816与基底官能团832之间的化学反应产生的反应官能团840与聚合物表面860s化学结合。在所示实施方案中，粘合剂聚合物804(图8b)的nh2基团与聚合物表面860s的碳酸酯基团(-o-(c＝o)-o-)的氧原子反应以形成粘合剂层836。

纳米颗粒溶液的制备

参考图8d，在引起粘合剂官能团与基底官能团之间的化学反应以形成化学附着于聚合物表面860s的粘合剂层836后，可以从容器中丢弃含有未反应的粘合剂聚合物的液体溶液800c(图8c)，并且可以洗涤基底860。随后，可以将基底860浸没在包含纳米颗粒溶剂818和多个金属纳米颗粒828的纳米颗粒溶液800d中。

纳米颗粒溶液800d可以是合适的溶剂，例如水溶液，例如蒸馏水。金属纳米颗粒828可以包含具有上面关于图2a和图2b所述的形态的合适金属材料中的一种，并且用可以防止纳米颗粒828凝聚的表面活性剂832进行稳定。表面活性剂832可以是选自柠檬酸钠、抗坏血酸、4-巯基苯甲酸、内消旋-2,3-二巯基丁二酸、巯基琥珀酸、琥珀酸、十二烷基硫酸钠、辛基硫酸钠、癸烷磺酸钠、赖氨酸、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyltrimethylammoniumbromide)、十四烷基溴化铵、四辛基溴化铵、四己基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵和氯化十六烷基吡啶等的合适的化合物。

在纳米颗粒溶液800d中，纳米颗粒828可以具有的中值粒径被选择在约1nm至约10nm之间，例如约5nm；在约5nm至约20nm之间，例如约10nm；在约10nm至约30nm之间，例如约20nm；在约20nm至约40nm之间，例如约30nm；在约30nm至约50nm之间，例如约40nm；在约40nm至约60nm之间，例如约50nm；在约50nm至约80nm之间，例如约60nm；在约60nm至约100nm之间，例如约80nm；在约80nm至约150nm之间，例如约100nm；在约100nm至约200nm之间，例如约150nm；在约150nm至约250nm之间，例如约200nm；在约200nm至约300nm之间，例如约250nm；在约250nm至约400nm之间，例如约300nm；在约300nm至约700nm之间，例如约500nm；在约500nm至约900nm之间，例如约700nm；或在约700nm至约1100nm之间，例如约900nm。中值粒径可以是例如沿着纳米颗粒828的一个对称方向测量的纳米颗粒828的最小横向尺寸。

在一些实施方案中，纳米颗粒828的中值粒径具有例如在约0.1％至约2％、约2％至约4％、约4％至约6％、约6％至约8％、约8％至约10％之间的相对窄的标准偏差。

应当理解，可以选择纳米颗粒828的特定中值粒径，使得所得lspr的峰值波长在特定的期望波长范围之间。在各种实施方案中，中值粒径可以被选择为使得lspr的峰值在约515nm至约525nm之间，例如520nm；在约525nm至约535nm之间，例如530nm；在约535nm至约545nm之间，例如540nm；在约545nm至约555nm之间，例如550nm；在约555nm至约565nm之间，例如560nm；在约565nm至约575nm之间，例如570nm；或在约575nm至约585nm之间，例如580nm。

应当理解，可以选择颗粒粒径以具有特定的lspr峰值吸收波长，并且可以调整颗粒粒径的标准偏差以具有上面关于图4a和图4b所描述的lspr光谱的特定宽度，例如小于100nm或小于80nm。

将金属纳米颗粒附着于粘合剂聚合物

参考图8e，在将基底860浸没在包含纳米颗粒溶剂818和金属纳米颗粒828的纳米颗粒溶液800d中后，纳米颗粒828附着于未反应的或剩余的粘合剂官能团816。根据实施方案，在如上关于图8d所述将粘合剂聚合物836附着于聚合物表面860s后存在的未反应的或剩余的粘合剂官能团816(例如nh2)之间发生化学反应，从而在聚合物表面860s上形成金属纳米颗粒层。虽然在所示的实施方案中，附着于基底官能团832(图8b)的粘合剂官能团816与附着于纳米颗粒828的粘合剂官能团816相同，但是其他实施方案也是可以的，其中粘合剂官能团是不同的并且选择性地附着于基底官能团832或纳米颗粒828中的一者但不附着于其中的另一者。

如所形成的那样，纳米颗粒层可以具有上面关于图8d所描述的任何粒径范围、标准偏差和峰值波长。另外，金属纳米颗粒层具有可以至少部分基于纳米颗粒的表面密度和纳米颗粒间距针对lspr进行优化的表面密度。在一个实例中，对于粒径范围在约1nm至约50nm之间的纳米颗粒，表面密度可以在约1×10⁸/cm²至约1×10¹³/cm²之间、在约5×10⁸/cm²至约5×10¹²/cm²之间或在约1×10⁹/cm²和约2×10¹²/cm²之间。

另外，纳米颗粒可以具有在1nm至约10nm之间、在10nm至约100nm之间、在100nm至约1000nm之间、在1000nm至约10,000nm之间或在10,000nm至约100,000nm之间的中值纳米颗粒间距。另外，纳米颗粒可以具有在约0.1％至约2％之间、在约2％至约4％之间、在约4％至约6％之间或在约6％至约8％之间的中值纳米颗粒间距标准偏差。

基底表面定向

在图8c中，仅为了说明的目的，在液体组合物800c的表面上方产生等离子体872，从而引起或加速在面向等离子体872的聚合物表面860s上形成粘合剂聚合物836的层。然而，其他实施方案也是可以的，其中其上形成有聚合物层的聚合物表面不面向等离子体872，或至少部分背离等离子体，这可能是当基底860包括具有弯曲、屈曲、弧形、弯折、弓形、扭曲、环形或翻折等的表面时的情况。作为一个示例性实施例，在图8f中，聚合物透明基底861具有带有内(上、下和侧)表面的腔体。基底861可以具有开口，使得腔体填充有溶剂818/液体组合物800f。与图8c的基底860类似，当浸没在溶剂818/液体组合物800f下方时，基底861的腔体的内表面不与等离子体(未示出，类似于图8c)接触，并且通过溶剂818/液体组合物800f与等离子体分隔。另外，除了通过溶剂818/液体组合物800f隔开之外，内表面进一步通过基底861自身的上部与等离子体分隔。腔体内的下表面面向等离子体，腔体内的上表面背离等离子体，并且腔体内的侧面与溶剂818/液体组合物800f的水平面成一个角度定向，例如90°角。有利地，当在与上面关于图8a-8e所述的条件类似的处理条件下进行处理时，上表面、下表面和侧面具有粘合剂聚合物836层，该粘合剂聚合物层具有基本上均匀的厚度，其中平均来说，不同表面上的粘合剂聚合物836的层厚度在彼此的约10％内或在彼此的约5％内。另外，上表面、下表面和侧面上的纳米颗粒的表面密度的差可以小于约10％或小于约5％。

自动校准lspr测量系统和方法

当对上面关于图2a和图2b所描述的样品进行lspr测量时，通常需要与附着于聚合物基底的目标分子的量有关的定量信息。然而，目标分子的量的定量确定通常受阻，因为来自lspr测量的信号可由于外部条件(诸如温度)的变化而显著变化。在下文中，描述了自动校准lspr测量系统和相关联的测量方法，其中有利地采用随着变化的环境以与样品类似的量变化的参考值，使得每次进行lspr测量时都自动校准lspr信号中的任何波动。

自校准lspr测量系统

图9示出了根据实施方案的用于检测可附着于测试载运件的表面的目标分子的自动校准局域表面等离子体共振(lspr)测量系统900。自动校准lspr系统900包括第一参考测试载运件902、样品测量测试载运件904和第二参考测试载运件906。与上面关于图3e和图3f以及图6b-6d所描述的lspr测量系统和方法类似，自动校准lspr系统900包括被构造为用入射光914照射载运件902、904和906中的每一个的多个光源910以及被构造为检测透射穿过载运件902、904和906中的每一个的光938的多个光电检测器930。

每个载运件902、904和906具有带有第一参考涂覆分析区域948、样品涂覆分析区域968和第二参考涂覆分析区域988的相应基底940、960和980。每个载运件902、904和906还可以具有非涂覆部分942、962和982。每个分析区域948、968和988具有包含上述透明聚合材料的相应分析区域表面。涂覆分析区域948、968和988的表面的至少部分具有使用上面关于图8a-8f所述的方法形成在其上的金属纳米颗粒层(为了清楚起见未示出)。另外，每个载运件902、904和906被构造成放置在容器932中，容器932被构造成将相应基底940、960和980的至少涂覆分析区域948、968和988保持并浸没在含有待检测的目标分子的液体溶液936中。

样品测量测试载运件904的样品涂覆分析区域968具有在样品涂覆分析区域968上的至少一些纳米颗粒上形成的捕获分子(为了清楚起见未示出)，使得与上面关于图3e和图3f以及图6b-6d的描述类似地通过捕获分子捕获液体溶液936中的目标分子。与涂覆分析区域968不同，第一涂覆参考分析区域948和第二涂覆参考分析区域988未被构造成捕获目标分子。替代的，第一涂覆参考分析区域948和第二涂覆参考分析区域988具有附着于纳米颗粒的第一浓度和第二浓度的参考分子。

在一些实施方案中，所有的涂覆分析区域942、962和982都具有相同或相似的标称类型和浓度的纳米颗粒，所述纳米颗粒可以为上面关于图8e所描述的材料、形状和浓度。在其他实施方案中，每个涂覆分析区域942、962和982具有不同的标称类型和/或浓度的纳米颗粒。

第一参考涂覆分析区域948具有附着于其上的纳米颗粒的第一预定浓度的参考分子，使得从该第一参考涂覆分析区域测量的第一参考折射率与从样品涂覆分析区域968测量的折射率不同，例如更低。第二参考涂覆分析区域988具有附着于该分析区域上的纳米颗粒的第二预定浓度的参考分子，使得从该分析区域测量的第二参考折射率与从样品涂覆分析区域968测量的折射率不同，例如更高。在一些实施方案中，附着于第一参考涂覆分析区域948和第二参考涂覆分析区域988的参考分子包括相同的参考分子。但是，在其他实施方案中，附着于第一参考涂覆分析区域948和第二参考涂覆分析区域988的参考分子可以是不同的参考分子。另外，附着于第一参考涂覆分析区域948和第二参考涂覆分析区域988中的任一者或两者上的参考分子可以包括与目标分子相比而言相同或不同的分子。然而，无论附着于涂覆分析区域942、962和982的分子的类型如何，尽管所有三个涂覆分析区域都被构造为与可能含有目标分子的溶液936接触，但只有样品涂覆分析区域962被构造成捕获目标分子，而第一参考涂覆分析区域942和第二参考涂覆分析区域982具有已经形成在该分析区域上的预定浓度的参考分子，并且不被构造为进一步捕获目标分子。

应当理解，虽然测试载运件902、904和906被构造为与关于图3e和图3f所描述的类似的透射式lspr测量系统，但是每个测试载运件902、904和906均可以被构造为上面关于图6a-6d所描述的衰减全内反射(atr)lspr测量测试载运件中的任何一种测量载运件。在这些实施方案中，每个测试载运件902、904和906均被构造成使得在如上所述的衰减全内反射(atr)条件下在第一端与第二端之间引导透射穿过导光结构(类似于图6b-6d的导光结构660a-660c)的光。也就是说，由于溶液936的第二折射率n2低于涂覆分析区域942、962和982的第一折射率n1，穿过导光结构行进的光束被全内反射回到导光结构的内部。

lspr自校准测量方法

参考图10，基于从每个涂覆分析区域942、962和982测量的有效折射率和吸光度或峰值波长值，可以确定附着于样品涂覆分析区域962的目标分子的浓度。根据实施方案，图10示出了曲线图1000，该曲线图通过使用具有已知浓度的目标分子的对照载运件来在温度变化条件下定量确定附着于基于聚合物的测试载运件的目标分子的量。x轴表示有效折射率(neff)，并且y轴表示吸光度或峰值吸收波长(λmax)。曲线1010a和1010b分别表示在两个不同温度(第一温度t1和第二温度t2>t1)下测量的吸光度或λmax曲线相对于有效折射率的曲线。

在t1测量的第一曲线1010a示出了分别与测试载运件902、904和906的测量折射率相对应的第一参考低温吸光度1012a、样品低温吸光度1014a和第二参考低温吸光度1016a，所述测试载运件902、904和906如上面关于图9所描述的并具有第一参考涂覆分析区域948、样品涂覆分析区域968和第二参考涂覆分析区域988。如上关于图9所述的，第一参考涂覆分析区域948和第二参考涂覆分析区域988分别具有比样品涂覆分析区域968的目标分子的浓度更低和更高的预定浓度的参考分子。

本发明人已经发现，目标分子的浓度线性地取决于折射率，而不管参考分子与目标分子相同还是不同。因此，基于样品涂覆分析区域968的测量的折射率值，可以确定附着于样品涂覆分析区域968的目标分子的定量确定。

本发明人还发现，当在较高温度下测量时，在给定折射率值下，测量的吸光度和/或λmax更高。此外，本发明人已经发现，吸光度和/或λmax的向上偏移量不取决于目标分子或参考分子的浓度。也就是说，第一曲线1010a和第二曲线1010b之间的斜率1018b和1018b大致相同。因此，在t2测量的第二曲线1010b示出了分别与第一参考低温吸光度1012b、样品低温吸光度1014b和第二参考低温吸光度1016b相比偏移了相同的吸光度和/或λmax值的第一参考高温吸光度1012b、样品高温吸光度1014b和第二参考高温吸光度1016b。因此，可以在不同温度下从样品涂覆分析区域968精确地确定目标分子的浓度的定量测量，而无需在不同温度下独立地确定参考涂覆分析区域948和988的参考浓度的浓度。

虽然已经根据一些实施方案描述了本发明，但本领域普通技术人员明了的其他实施方案(包括未提供本文阐述的所有特征和优点的实施方案)也在本发明的范围内。此外，可以将上述各种实施方案组合以提供进一步的实施方案。另外，在一个实施方案的上下文中示出的某些特征也可以并入到其他实施方案中。因此，仅通过参考所附权利要求来限定本发明的范围。