检测标记物。
[0132]该纳米结构可包括衬底110，形成在衬底110的受体120A，以及由与连接基团120A结合的金属离子生长的金属纳米粒子140。该纳米结构可进一步包括结合到金属纳米粒子140表面上的受体150。金属纳米粒子140的表面上，在纳米粒子生长之前或期间，将有机表面活性剂结合可并随后保持。
[0133]衬底110可包括表层114，其可以是金属薄膜或过渡金属，包括贵金属、金属，或它们的混合物。根据另一实施例，衬底I1可以是柔性衬底，其可包括具有羟基(-OH)官能团的表层。
[0134]连接基团120A可以是通过自组装结合到衬底110的表面的有机分子。该纳米结构可包括由结合到衬底I1的连接基团120形成的连接基团120A层。该连接层120A可以是在衬底110表面形成的自组装单分子层。另外，连接基团层120可以是硅烷化合物层且连接基团120A可以包括从胺基、羧酸基和硫醇基团中选择的官能团。连接基团120A可以根据衬底的表层114进行选择。
[0135]金属纳米粒子140可以选自金属纳米粒子，金属氧化物纳米粒子，金属氮化物纳米粒子，金属碳化物纳米粒子和金属互化物纳米粒子。金属纳米粒子140通过结合金属离子到连接基团120A，然后生长金属离子而形成。
[0136]金属纳米粒子140的尺寸可根据金属纳米粒子140生长时的能量施加条件被控制。另外，纳米粒子的大小可以在施加用于生长金属纳米粒子140的能量之前或无论是否提供表面活性剂时的施加能量时被控制。该表面活性剂可以是有机表面活性剂，且表面活性剂可以在金属纳米粒子140生长结束之后保留在金属纳米粒子140的表面上。根据一个实施例，当不使用有机表面活性剂的情况下，金属纳米粒子140可具有大约2.0至3.0nm的粒子直径。根据另一个实施例，当使用单独一种有机表面活性剂的情况下，金属纳米粒子140可具有大约1.3至1.6nm的粒子直径。根据另一实施例，当使用多种有机表面活性剂时，金属纳米粒子140可以具有约0.5至1.2纳米的粒子直径。
[0137]金属纳米粒子140可以彼此分开地被布置在同一平面上，以形成单分子层。这是可能的，因为纳米粒子层是通过施加能量到被附连到连接基团的离子层(一层金属离子)而形成的。由于纳米粒子层是通过施加能量至通过与连接基团的结合而形成的单一离子层，防止了纳米粒子之间的聚合，使得纳米粒子可形成纳米粒子被彼此分离的单层纳米粒子。可以形成高密度的极微细的纳米粒子的纳米粒子层。
[0138]具体地，纳米粒子层的纳米粒子可具有约0.5至3纳米的平均粒子直径，并且具有等于或小于约±20%的粒子半径的标准偏差，这表明该纳米粒子的大小是非常均匀的。此夕卜，纳米粒子的密度是非常高的，可以是约113至10 1Vcm2的范围。纳米粒子的密度是单位面积的纳米粒子数。
[0139]所有适于与标记物反应的材料可被用作受体150。标记物的实例包括蛋白质、核酸、寡糖、氨基酸、碳水化合物、溶液气体、硫的氧化物气体、氮氧化物气体、农药残留、重金属和对环境有害的物质。受体150可以结合或涂覆在长成的金属纳米粒子140的表面。该受体150适于通过官能团结合到金属纳米粒子140的表面上。受体150可以是选自酶底物，配体，氨基酸，肽，蛋白质，核酸，脂质，和碳水化合物中的至少一种。受体150的官能团可以是选自胺基，羧酸基和硫醇基的至少一种。
[0140]该纳米结构可具有垂直多重堆叠结构，其中连接基团层120和结合有受体150的纳米粒子层，交替并重复地堆叠。
[0141]【根据本发明的第二实施例的纳米结构和其制造方法】
[0142]图3A到3D是示出了根据第二实施例的制造传感器平台的方法的横截面图。本实施例也关注在纳米结构的制造上。纳米结构是传感器的检测元件。
[0143]根据该第二实施例制造传感器平台的方法可包括，在衬底120上形成电介质材料粒子载体222，然后将连接基团224与电介质材料粒子载体222结合(参照图3A)，结合金属离子230至连接基团224(见图3B)，以及通过施加能量由金属离子230形成金属纳米粒子240(参照图3C)。该方法可进一步包括结合受体250到金属纳米粒子240的表面上。另夕卜，该方法可以进一步包括在施加能量之前或期间提供的一种或多种的有机表面活性剂。
[0144]图3A示出了电介质材料粒子的载体222与结合在其上的在衬底210上形成的连接基团224。衬底210可以包括表层214。衬底210可以是具有二氧化硅(S12)电介质层作为表层214的硅衬底212。
[0145]该衬底210可包括柔性衬底或透明衬底。当衬底210是柔性衬底时，衬底210的表层214可以是具有羟基(-0H)官能团的有机物质。如第一实施例中所描述的衬底210的形状和材料可以是多样的。
[0146]具有结合到其上的连接基团224的电介质材料粒子的载体222可以在衬底210上形成多个以形成载体层220。用于形成载体层220的方法可包括通过将电介质材料粒子载体222与连接基团224混合，以及将载体层材料沉积或施加到衬底210上或至衬底210。将载体层材料旋涂到衬底210上，或使用将衬底210浸渍在溶有支撑层材料的溶液中的液体沉积法。
[0147]该电介质材料粒子载体222可以包括具有以下至少一种元素的氧化物:金属、过渡金属、贫金属，以及类金属。同样地，该电介质材料粒子载体222可以包括至少一种选自以下的材料:氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、钡钛复合氧化物、氧化钇、氧化钨、氧化钽、氧化锌、氧化钛、氧化锡、钡锆复合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅酸锆、硅酸铪以及聚合物。
[0148]该连接基团224可以为有机分子，其适于被化学结合到或者被吸附在电介质材料粒子载体222的表面上并被化学结合到金属离子230。具体地说，该连接基团224可以为有机分子，其包括适于被化学结合到或者被吸附在电介质材料粒子载体222的表面的第一官能团以及随后被形成的适于被化学结合到金属离子的第二官能团。该连接基团224还可以包括用于将第一官能团和第二官能团相互连接的链式官能团。该连接基团224可以包括适于结合到金属离子的一个官能团，其选自以下群组:胺基、羧酸基、以及硫醇基。连接基团224可以通过第一实施例中所描述的方法由相同或相似的材料形成。
[0149]图3B示出了被结合到连接基团224的金属离子230。该金属离子230可以被结合到连接基团224的官能团。该金属离子230可以通过向衬底(具有在其上形成的连接基团)供应金属前体而形成。特别地，该金属离子230可以通过向衬底210应用金属前体溶液或向衬底210应用气态金属前体而形成。用于将金属离子230结合到连接基团224的方法以及用于该方法的材料可以为参考第一实施例描述的各种方法及材料。
[0150]图3C示出了通过施加能量和生长(即还原和聚集)金属离子230形成的金属纳米粒子240。被施加以形成纳米粒子的能量可以为选自以下的一种或多种能量:热能、化学能、光能、震动能、离子束能、电子束能、以及辐射能。各种实施例可以与第一实施例相同或相似。
[0151]在根据第二实施例的制造方法中，纳米粒子的尺寸可以通过供应结合到或者被吸附在有机表面活性剂并随后通过能量应用来控制。另外，纳米粒子的尺寸可以通过在能量施加的过程中供应结合到或者被吸附在金属离子的有机表面活性剂在生长期间被控制。这种有机表面活性剂的供应可以在生产过程中选择性地实施。在能量施加前或能量施加过程中所应用的有机表面活性剂可以为一种或多种不同的有机材料。
[0152]在施加能量之前或过程中，有机表面活性剂可结合到或吸附在金属纳米粒子或金属离子的核上，并且通过施加能量，纳米粒子的核化和的生长可以由被结合到或吸附在金属离子的有机的表面活性剂来控制。总之，生长的金属纳米粒子尺寸240可以被控制到均匀微细。
[0153]为了更有效地抑制金属离子的转移，第一有机材料和不同种类的第二有机材料可以被作为表面活性剂使用。
[0154]该第一有机材料可以为氮基或含硫的有机化合物。举例来说，该含硫的有机材料可以包括在一个端部具有硫醇基的线型的或分支的碳氢化合物。在一个特定的示例中，该含硫的有机化合物可以选自以下化合物中的一个或多个:HS-Cn-CH3(n:2到20的整数)、η-十二烷硫醇、甲硫醇、乙硫醇、丁硫醇、乙基己基硫醇、异辛基硫醇、叔-十二烷硫醇、硫代乙二醇乙酸(th1glycolacetic acid)、巯基丙酸、巯基乙醇、硫代正丙醇、硫代正丁醇、硫代正乙醇以及辛基巯基乙酸盐。
[0155]该第二有机材料可以为相转移催化基的有机化合物，举例来说，季铵或磷盐。更具体地，该第二有机表面活性剂可以选自以下的一个或多个:四辛基溴化铵(tetraocyIyammonium)、四乙钱、四正丁基溴化钱(4-n-butyIammonium)、氯化四甲钱，以及四丁铵氟化物。
[0156]图3D显示了受体250结合在其上的金属纳米粒子240。受体250可结合到或涂在金属纳米粒子240的表面。所有适于结合到金属纳米粒子240的表面的材料，或适于与标记物反应的材料可以用作受体250。
[0157]标记物可以是蛋白质，核酸，寡糖，氨基酸，碳水化合物，溶液气体，硫的氧化物气体，一氧化氮气体，农药残留，重金属，和对环境有害的物质。适于与标记物反应的受体250可以是选自酶底物，配体，氨基酸，肽，蛋白质，核酸，脂质，和碳水化合物中的至少一种。受体250可以通过官能团结合或涂覆在长成的金属纳米粒子240的表面上。受体250的官能团可以是选自胺基，羧酸基和硫醇基的至少一种。
[0158]参考图3D，对通过根据第二实施例的制造方法所形成的传感器平台进行详细说明。
[0159]根据第二实施例的传感器包括纳米结构，其用于物理的，电的，化学的，和光的标记物检测。
[0160]该纳米结构可包括电介质材料的粒子载体222，其形成在衬底210上且包括与其结合的连接基团224，和从与连接基团224结合的由金属离子形成的金属纳米粒子240。并且，纳米结构可以进一步包括结合到金属纳米粒子240的表面上的受体250。
[0161]该衬底210可以包括具有适用于结合至连接基团224的功能性基团的表层214。该表层可以包括氧化层。具体地说，衬底210的表层的非限定示例可以为选自以下至少一种材料的层:氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、钡钛复合氧化物、氧化钇、氧化钨、氧化钽、氧化锌、氧化钛、氧化锡、钡锆复合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅酸锆，以及硅酸铪。
[0162]该衬底210可以为柔性衬底，其可以包