括具有适用于结合至连接基团224的氢氧根(-OH)功能性基团的有机物质的表层214。该柔性衬底可以选自以下中的一个或两个或多个的混合:聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、三乙酰纤维素(TAC)、聚醚砜(PES)、以及聚二甲硅氧烷(PDMS)。
[0163]该电介质材料粒子载体222可以为具有选自以下的至少一个元素的氧化物粒子:金属、过渡金属、贫金属，以及类金属。该电介质材料粒子载体222可以为具有大约10到20nm的平均粒子直径的粒子。该电介质材料粒子载体222可以形成为单层或多层(多个电介质粒子载体厚度的层)。
[0164]同样地，该电介质材料粒子载体222可以包括选自以下的至少一种材料:氧化硅、氧化給、氧化铝、氧化错、钡钛复合氧化物、氧化纪、氧化鹤、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。
[0165]该连接基团224可以为有机分子。该纳米结构可以包括由结合到衬底210的表面的连接基团224形成的连接层。该连接层可以为在电介质材料粒子载体222的表面上的自组装单分子层。该连接基团224可以包括选自以下的一个官能团:胺基、羧酸基，以及硫醇基。连接基团120A的每个可以包括被结合到电介质材料粒子载体222的表面上的第一官能团，结合到金属离子的第二官能团，以及用于将第一官能团和第二官能团相互连接的链式基团。
[0166]该金属纳米粒子240可以选自以下金属纳米粒子，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、以及金属互化物纳米粒子。该金属纳米粒子240通过将金属离子结合到连接基团224并随后生长金属离子而生长。
[0167]该金属纳米粒子240的尺寸可以通过在金属纳米粒子240的生长过程中的能量施加状况控制。同样地，纳米粒子的尺寸可以在用于生长金属纳米粒子240的能量施加前或施加期间被控制。该表面活性剂可以为有机表面活性剂，以及该表面活性剂可以在金属纳米粒子240生长完成保持在金属纳米粒子240的表面上。按照本发明的实施例，当不使用表面活性剂时，该金属纳米粒子240可以具有大约2.0到3.0nm的粒子直径。根据另一实施例，当使用单个种类的表面活性剂时，该金属纳米粒子240可以具有大约1.3到1.6nm的平均粒子直径。根据本发明的另一实施例，当使用多种类的表面活性剂时，该金属纳米粒子240可以具有大约0.5到1.2nm的粒子直径。用于这个实施例中的金属纳米粒子240可以与第一实施例中相同或相似。
[0168]该受体250可以结合或涂覆在长成的金属纳米粒子240的表面上。所有适合与标记物(目标材料)反应的材料，如蛋白质，核酸，寡糖，氨基酸，碳水化合物，溶液气体的表面，硫氧化物气体，一氧化氮气体，农药残留，重金属，或对环境有害的物质，可被用作受体250。该受体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个。受体250可具有选自胺基，羧酸基和硫醇基中的至少一种官能团。官能团允许受体250被结合到金属纳米粒子240的表面上。
[0169]根据一个实施例，一个传感器平台可由极精细和均匀的尺寸的高密度的纳米粒子形成。即使当按比例缩小时，传感器平台具有优良的工作稳定性，重现性和可靠性。此外，由于纳米粒子由电介质物质连接基团固定，其物理稳定性也是优良的。
[0170]根据实施例可以允许在制造传感器时，通过使用连接基团形成金属离子层和将能量施加到金属离子层的简单方法直接制造纳米结构。因此，大量生产可以通过简单的工艺以低成本实现。另外，由于纳米结构的平台被制造在原位，原料的浪费可以被最小化。
[0171]虽然用于示例性目的的各种实施例已经在此处描述，但是对于技术领域内的技术人员显而易见的是，在不偏离此处以下列权利要求限定的交底书的构思和保护范围的前提下可以做出各种修改和变形。
【主权项】
1.一种传感器，包括: 作为检测元件的纳米结构，用于在衬底上检测标记物； 其中，所述纳米结构包括: 连接层，包括连接基团，连接基团与衬底结合；以及 在所述连接层上由金属离子形成的金属纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的传感器，还包括: 结合至所述金属纳米粒子表面的受体。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述受体包括选自包括酶底物，配体，氨基酸，肽，蛋白质，核酸，脂质和碳水化合物的组中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述衬底包括结合有所述连接基团的表层。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述纳米结构还包括: 一种或多种结合至所述金属离子或所述金属纳米粒子表面的有机表面活性剂。
6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述金属纳米粒子具有约0.5纳米至3纳米的平均粒子直径。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述连接基团包括官能团，所述官能团选自包括胺基、幾基，和硫醇基的组。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述连接层包括自组装单分子层或硅烷化合物层O
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述金属纳米粒子被彼此分开排列以形成所述金属纳米粒子的单层。
10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述纳米结构具有垂直多重堆叠结构，其中所述连接层和由所述金属纳米粒子形成的所述纳米粒子层交替重复堆叠。
11.一种传感器，包括: 作为检测元件的纳米结构，用于在衬底上检测标记物； 其中所述纳米结构包括: 形成在所述衬底上的电介质材料粒子载体； 结合至所述电介质材料粒子载体表面的连接基团；以及 由所述金属离子形成的金属纳米粒子。
12.根据权利要求11所述的传感器，还包括: 结合至所述金属纳米粒子表面的受体。
13.根据权利要求12所述的传感器，其中所述受体包括选自包括酶底物，配体，氨基酸，肽，蛋白质，核酸，脂质和碳水化合物的组中的一个或多个。
14.根据权利要求11所述的传感器，其中所述电介质材料粒子载体与结合至其上的所述连接基团在衬底上排列以形成单载体层或垂直多重堆叠结构。
15.根据权利要求11所述的传感器，其中所述连接基团包括选自胺基、羧基，和硫醇基组中的一个或多个官能团，其适于结合至金属离子。
16.根据权利要求11所述的传感器，其中所述纳米结构还包括: 一种或多种结合至所述金属离子或所述纳米粒子表面的有机表面活性剂。
17.根据权利要求11所述的传感器，其中所述金属纳米粒子具有约0.5纳米至3纳米的平均粒子直径。
18.—种制造传感器的方法，包括: 在衬底上形成包含连接基团的连接层； 将金属离子结合至所述连接层的所述连接基团； 通过生长所述金属离子形成所述金属纳米粒子；以及 将受体结合至所述金属纳米粒子的表面。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述金属离子通过施加能量而生长。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括: 在施加能量之前或其期间提供一种或多种有机表面活性剂。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述连接层通过将在溶剂中溶解有所述连接基团的连接基团溶液施加至所述衬底表面而形成。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述连接层通过使用含有所述连接基团气体的原子层沉积(ALD)法形成。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述连接层具有结合至所述金属离子的官能团。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述金属离子与所述连接层的所述连接基团的结合包括: 施加金属前体至所述连接基团。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述金属离子与所述连接层的所述连接基团的结合还包括: 将溶解有所述金属前体的金属前体溶液施加至所述连接基团，或 将金属前体气体施加至所述连接基团。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述能量是选自热能、化学能、光能、震荡能、离子束能、电子束能和福射能中的至少一种。
27.根据权利要求19所述的方法，其中将额外物质施加至所述金属纳米粒子或所述金属离子，导致部分或全部的所述金属纳米粒子由不同的材料组成，所述材料与没有所述额外物质的所述施加而得到的材料不同。
28.制造传感器的方法，包括: 在衬底上形成电介质材料粒子载体，且将连接基团与所述电介质材料粒子载体结合； 将金属离子结合至所述连接基团； 由所述金属离子形成金属纳米粒子；以及 将受体结合至所述金属纳米粒子的表面。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述金属离子通过施加能量而生长。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括: 在施加所述能量之前或期间提供一种或多种有机表面活性剂。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述形成具有结合至其上的所述连接基团的所述电介质材料粒子载体包括: 通过将所述电介质材料粒子载体与所述连接基团在溶剂中混合以形成溶液来制备载体材料；以及 使用所述载体材料涂覆衬底，或将所述载体材料沉积在所述衬底上。
32.根据权利要求28所述的方法，其中所述金属离子与所述连接基团的结合包括: 将金属前体施加至所述连接基团。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述金属离子与所述连接基团的结合还包括: 将溶解有所述金属前体的金属前体溶液施加至所述连接基团，或 将金属前体气体施加至所述连接基团。
34.根据权利要求29所述的方法，其中能量是选自热能、化学能、光能、震荡能、离子束能、电子束能和福射能中的一种或多种。
35.根据权利要求29所述的方法，其中在施加能量之前或期间将额外物质施加到所述金属纳米粒子或所述金属离子，导致部分或全部所述金属纳米粒子由不同的材料组成，所述材料与没有所述额外物质的所述施加而得到的材料不同。
【专利摘要】本发明涉及一种具有纳米结构作为检测元件的传感器及其制造方法。该传感器包括作为检测元件的纳米结构，用于在衬底上检测标记物，其中该纳米结构包括：包含结合到衬底的连接基团的连接层；和由结合到连接基团的金属离子生长的金属纳米粒子。
【IPC分类】G01N21-17
【公开号】CN104729997
【申请号】CN201410804507
【发明人】金俊亨
【申请人】Sk新技术株式会社
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月19日
【公告号】EP2886204A1, US20150177138