用于检测物质的装置和制造这种装置的方法
【专利摘要】公开了一种用于检测物质的装置和制造这种装置的方法。用于检测物质的示例性装置包括：限定可从外部进入的腔室的壳体；和用于封闭腔室的至少一部分的密封件。该示例性装置还包括基底，该基底包括定位在腔室内的纳米粒子。纳米粒子在曝露于物质时与该物质反应。该示例性装置还包括腔室内的非分析溶液，以保护纳米粒子免于过早曝露。
【专利说明】用于检测物质的装置和制造这种装置的方法
【背景技术】
[0001]表面增强拉曼光谱(SERS)可用于多种领域中，以检测分析物的存在。例如，SERS可用于安保领域，以检测爆炸物(例如，在机场检测行李是否存在爆炸性和/或其它有害的材料)。备选地，SERS可用于食品领域，以检测水和/或牛奶中的毒物或者污染物。
【专利附图】
【附图说明】
[0002]图1示出了根据本公开的教导构造的示例性测试装置。
[0003]图2示出了图1的示例性测试装置，其中密封件被部分地移除，且非分析溶液正在从腔室被移除。
[0004]图3示出了图1的示例性测试装置，非分析溶液从腔室中移除，且分析溶液正在被添加到腔室中。
[0005]图4示出了根据本公开的教导构造且包括吸收剂的另一示例性测试装置。
[0006]图5示出了根据本公开的教导构造的另一示例性测试装置。
[0007]图6示出了根据本公开的教导构造的另一示例性测试装置。
[0008]图7是图6的示例性测试装置的截面图。
[0009]图8示出了图1的示例性测试装置和根据本公开的教导构造的示例性读取装置。
[0010]图9示出了图6的示例性测试装置和根据本公开的教导构造的示例性读取装置。
[0011]图10示出了制造本文所公开的实例的示例性方法。
[0012]某些实例在上述附图中被示出，且在下文被详细描述。附图不一定按比例绘制，且附图中的某些特征和某些视图可能按比例放大或者是示意性的，以用于清楚和/或简明目的。
【具体实施方式】
[0013]许多应用都需要可用于检测所关注的物质的存在性的可靠装置。例如，这样的测试或者检测装置可用于检测在机场、制造工厂、食品加工工厂、制药厂等中爆炸性、毒性或者有害物质的存在性。一些已知的测试和/或检测装置的基底并没有被充分地保护以防止向旨在检测该基底所在的环境和/或物质(例如，分析物)的过早曝露。将基底过早曝露于环境和/或该物质(例如，分析物)可能使得基底氧化和/或在检测物质方面不如在有意曝露于所述物质时那么有效。
[0014]本文中公开了用于分析各种物质的示例性测试和/或检测装置。在一些这样的实例中，测试装置用于与表面增强拉曼光谱、荧光增强光谱或者发光增强光谱一起使用，这些光谱可用于检测在测试或者检测装置中或其上所关注的物质的存在性。与一些已知的装置相反，本文公开的测试装置包括非分析液体或者溶液，其保护测试装置的基底免于曝露于环境和/或减少或者甚至防止基底和/或相关联的表面结构在使用前氧化。更具体地，非分析液体或者溶液减少或者甚至防止基底的纳米粒子、金属纳米粒子、纳米结构、SERS条等意外曝露于诸如分析物的物质，纳米粒子、金属纳米粒子或者微米粒子、纳米结构、SERS条等意图要检测所述物质。
[0015]在本文中公开的一些实例中，测试装置包括壳体，该壳体限定可从外部进入的腔室或者腔。这样的实例中的壳体包括联接在一起的多个层。壳体和/或其一个或多个层可由玻璃、塑料、纸、聚二甲基硅氧烷、橡胶和/或薄膜制成。其上设置有纳米结构和/或纳米粒子的基底定位在该腔室内。该纳米结构可为多个锥形结构、多个柱形结构等，以及/或者可至少部分地透明。纳米粒子可为金、银等。纳米结构和/或纳米粒子在例如经受一种或多种检查方法和/或分析(诸如表面增强拉曼光谱、荧光增强光谱和/或发光增强光谱)时，发生反应以确保或者以其他方式指示对所关注的物质(例如，分析物)的曝露。为了准备用于这种分析的测试装置，纳米结构和/或纳米粒子曝露于可包含所关注的物质(例如，分析物)的环境。
[0016]为了保护纳米结构和/或纳米粒子免于过早(例如意外)曝露于环境和/或物质(例如存在于待测环境或者另一环境中的分析物)，在一些实例中，非分析溶液填充了腔室的至少一部分。非分析溶液可为水、蒸馏水、酒精、乙醇、碳氢化合物溶液、纯液体等。基底和相关联的纳米结构和/或纳米粒子可至少部分地浸没于非分析溶液中和/或处于非分析溶液中。
[0017]为了封闭腔室内的基底和非分析溶液，本文所公开的示例性测试和/或检测装置包括可移除地联接到壳体以封闭腔室的至少一部分的密封件。该密封件可为由塑料、塑料片、箔、箔片、薄膜、蜡状物和/或聚二甲基硅氧烷制成的气密密封件。在一些实例中，密封件至少部分透明，以使得能够在基底、纳米结构和/或纳米粒子曝露于环境和/或物质(例如，分析物)之前观察和/或分析所述基底、纳米结构和/或纳米粒子。
[0018]在一些实例中，在曝露基底、纳米结构和/或纳米粒子之前，密封件和非分析溶液被至少部分地从腔室移除。在一些实例中，吸收剂位于腔室附近，且在移除密封件之前通过所述密封件与非分析溶液分开。在这样的实例中，当移除密封件时，吸收剂吸收非分析溶液的至少一部分(例如，通过与其接触)。吸收剂可为多孔材料、水凝胶等。本文公开的一些示例性装置的腔室包括少量的非分析溶液(例如，几微升)。在其它实例中，在至少部分地移除密封件之后，人们可使用滤纸、纸、布等来从腔室移除非分析溶液。在非分析溶液已经被吸收和/或移除之后，基底、纳米结构和/或纳米粒子可曝露于待测的环境、化学物、物质、气体、分析物等。
[0019]在本文公开的一些实例中，测试装置包括限定一个或多个槽的壳体，可移除的测试条或者细长体可位于该一个或多个槽中。一些示例性装置的测试条包括基底,其延伸到槽中，且所述基底的一部分抵靠壳体密封地接合。如上所述，这样的实例的基底包括用于检测所关注的物质(例如，分析物)的纳米结构和/或纳米粒子。这样的实例的壳体可由玻璃、塑料、纸、聚二甲基硅氧烷、橡胶和/或薄膜制成。测试条可由金属、塑料等制成。
[0020]为了保护纳米结构和/或纳米粒子免于过早(例如意外)曝露于环境、物质、分析物等，在公开的实例中，非分析溶液填充槽的至少一部分，且至少部分地浸没所述基底。为了将测试条的基底曝露于待测的环境、化学物、物质、气体、分析物等，一个或多个测试条被从壳体移除。移除测试条曝露了基底。在一些实例中，吸收剂可位于槽附近，且在移除测试条之前通过所述测试条与非分析溶液分开。在这种实例中，当相应的测试条从壳体移除时，吸收剂与非分析溶液发生接触，并且吸收其至少一部分，由此使得装置可操作以用于检测(例如，分析物检测)。
[0021]在一些实例中，在基底、纳米结构和/或纳米粒子已经曝露于环境和/或物质(例如，化学物、气体、分析物等)后(所述物质的存在性待被检测和/或待被测试)，测试装置或者条放置于示例性读取装置中或者附近。读取装置可包括对基底、纳米结构和/或纳米粒子进行光照的光源。在一些实例中，由基底、纳米结构和/或纳米粒子散射的光(例如，表面增强拉曼光谱中的拉曼散射、荧光增强光谱中的荧光、或者发光增强光谱中的发光)使用具有合适的引导和/或过滤部件的分光计、光电探测器等来监测。在一些实例中，由读取装置获得的结果显示在监视器上和/或表明检测到或者没有检测到被测试和/或寻找的物质。
[0022]图1示出了根据本公开的教导构造的示例性测试和/或检测装置100。该测试装置100包括限定腔室104的壳体102，基底106定位在腔室104中。在所示的实例中，壳体102包括第一层108，其联接到第二层110。然而，在其它实例中，壳体102可包括任何其它数量的层(例如，I层、3层等)。例如，壳体102可由任何合适的材料制成，所述材料诸如玻璃、塑料、纸、聚二甲基硅氧烷、透明材料、橡胶和/或薄膜。
[0023]所示的实例的基底106包括锥形纳米结构112，纳米粒子(例如，金属纳米粒子)114定位在所述锥形纳米结构上。纳米粒子114可包括金和/或银和/或可与所关注的物质(诸如分析物)反应、响应所关注的物质、收集所关注的物质等的任何其它元素或者化学物。所示的实例的纳米结构112和/或纳米粒子114有助于检测它们所曝露于的分析物。例如，可对基底106进行光照，且所产生的反向散射使用表面增强拉曼光谱、荧光增强光谱和/或发光增强光谱来读取，以确定是否产生了指示所关注的分析物的存在性的光谱分量。
[0024]为了保护纳米结构112和/或纳米粒子114免于过早和/或意外曝露于它们可响应的环境和/或物质(例如，分析物)，所示的实例的腔室104至少部分地填充有非分析液体和/或溶液116。过早曝露可导致纳米结构112和/或纳米粒子114针对当前存在于非待测环境而非实际存在于所关注的测试环境中的物质(例如，分析物)作出反应或者以其它方式响应，从而产生假阳性。非分析溶液116防止这样的假阳性。溶液116可为溶液和/或纯液体。例如，非分析溶液可由水、蒸馏水、酒精、乙醇和/或碳氢化合物溶液实现。
[0025]为了封闭所示的实例的腔室104，密封件118可移除地联接到壳体102。所示的实例的密封件118是气密密封件，且可由塑料、透明材料、塑料片、箔材料、箔片、薄膜、蜡状物和/或聚二甲基硅氧烷制成。在一些实例中，密封件118是透明的，以使得读取装置的光子和/或光能够照到腔室104和/或基底106上，以确定在测试环境中是否存在被测物质。
[0026]图2示出了在密封件118已经被部分地移除以限定入口 202和出口 204之后的图1的示例性测试和/或检测装置100。为了使得纳米结构112和/或纳米粒子114能够曝露于测试环境和/或可能曝露于所关注的物质(诸如分析物)，通过将具有吸收特性的一张纸或者其它物体206插入通过出口 204且进入非分析溶液116中来移除所示的实例的非分析溶液116。随着非分析溶液116由纸206吸收，测试装置100位于其中的测试环境内(例如，室内)的空气和/或其它气体流过入口 202，且流入腔室104，在该腔室104中，所述空气和/或其它气体曝露于纳米结构112和/或纳米粒子114。测试环境内的空气、其它气体和/或其它气体可包括或者可不包括纳米结构112和/或纳米粒子114所意图检测的分析物。
[0027]图3示出了示例性测试和/或检测装置100，其中密封件118部分地从壳体102上移除，非分析溶液116从腔室104移除，而将要被分析的溶液或者化学物302添加到了腔室104中。该溶液或者化学物302可包括纳米结构112和/或纳米粒子114意图检测的分析物。在一些实例中，在纳米结构112和/或纳米粒子114已曝露于溶液或者化学物后，腔室104由密封件118和/或另一密封件重新覆盖，以便确保纳米结构112和/或纳米粒子114不会在发生测试之后曝露于非测试环境而受到污染。
[0028]图4示出了另一示例性测试和/或检测装置400。图4的示例性测试装置400包括壳体406和吸收剂402，所述吸收剂通过密封件404与非分析溶液116分开。在实践中，当密封件404从测试装置400的壳体406上移除时，吸收剂402曝露于非分析溶液116。结果，吸收剂402吸收非分析溶液的至少一部分。吸收剂402可由任何期望的吸收剂材料(诸如，例如，多孔材料或者水凝胶)实现。
[0029]图5示出了根据本公开的教导构造的另一示例性测试和/或检测装置500。图5的示例性测试装置500包括壳体502、密封件118、非分析溶液116和柱形纳米结构504。
[0030]图6示出了另一示例性测试和/或检测装置600。图6的示例性测试装置600包括多个可移除的测试条602。示例性测试条602可实现为针、销或者细长体。示例性测试和/或检测装置600的壳体604限定多个槽、腔室或者腔606，相应的测试条602在使用前位于其中。测试条602密封地接合壳体604,且封闭相应槽606的至少一部分。在其它实例中，测试装置600是具有平坦表面的一件材料，测试条602可移除地附连(例如，利用具有低结合强度的可释放胶来固定)到其上。在该实例中，壳体604不具有槽606。
[0031]图7是图6的示例性测试和/或检测装置600的截面图。如图7中所示，测试条602包括位于槽606内的基底702。该实例的基底702包括纳米结构112和纳米粒子114。
[0032]为了保护纳米结构112和/或纳米粒子114免于过早和/或意外曝露待测环境和/或待测物质，所示的实例的槽606填充有非分析溶液116。在所示的实例中，测试条602密封地接合在壳体604上，以封闭纳米结构112、纳米粒子114和/或槽606内的非分析溶液 116。
[0033]为了曝露纳米结构112和/或纳米粒子114以便测试和/或检测，测试条602从槽606中移除。所示的实例的测试装置600包括吸收剂704，所述吸收剂通过测试条602的一部分706或者相关联的密封件与非分析溶液116分开。在测试条602从槽606上移除后，吸收剂704曝露于非分析溶液116，且吸收其至少一部分。然后针对所关注的物质测试所述环境，而不用担心测试条602之前已经曝露于该物质从而产生假阳性。
[0034]图8示出了在曝露于可能包含一种或多种分析物的环境之后的图1的示例性测试装置100。图8还示出了根据本公开的教导构造的示例性读取装置800。在该实例中，读取装置800包括光源802，其发射光子804以使其穿过密封件118且进入腔室104，其中光子可由纳米结构112和/或纳米粒子114散射。在一些实例中，散射的光子806中的一些由读取装置800的分光计和/或光电探测器808检测和/或监测。在一些实例中，读取装置800使用被检测和/或监测的光子806以及合适的引导和/或过滤部件来产生结果(例如，与存在或者不存在待检的分析物相关的信息)，该结果显示在监视器810上。虽然图8显示了在一个实例中通过密封件118发生的测试，其中，已经在已测试所关注的环境之后替换了密封件118，但读取可备选地在移除密封件118的情况下完成(例如，在移除了密封件118的测试现场、被测试的环境中和/或读取现场)。[0035]图9显示了曝露于可包含分析物或者所关注的其它物质的环境之后的测试条602。图9还显示了根据本公开的教导构造的示例性读取装置900。图9的读取装置900可类似于图8的读取装置。然而，图8的读取装置800构造成读取图1的测试装置100，而图9的读取装置900构造成读取图6的测试装置600。在该实例中，读取装置900包括将光子904发射到纳米结构112和/或纳米粒子114上的光源902。在一些实例中，纳米结构112和/或纳米粒子114散射光子906的至少一些，其随后由读取装置900的分光计和/或光电探测器908检测和/或监测。在一些实例中，读取装置900使用所检测和/或监测的光子906以及合适的引导和/或过滤部件来产生结果(例如，与所测试的分析物有关的信息)，该结果显示在监视器910上。
[0036]图10显示了制造图1 一 7以及本文所公开的测试装置的示例性方法1000。虽然制造图1 一 7的测试装置的示例性方法1000参照图10的流程图进行了描述，但是可采用实现制造图1 一 7的测试装置的方法1000的其它方法。例如，框的执行顺序可改变，和/或所描述的框中的一些可改变、移除、细分、或者组合。
[0037]方法1000可通过将基底106、702定位在壳体102、604的腔室104、606内而开始(框1002)。在一些实例中，基底106、702在曝露于待测物质时可见证对待测物质的曝露。在一些实例中，吸收剂402、704定位于壳体102、604内(框1004)。在一些实例中，吸收剂402、704通过可移除的密封件404、706与将要添加到腔室104、106的非分析溶液分离。然后非分析溶液116可添加到腔室104、704中，使得基底106、702至少部分地由腔室104、704内的非分析溶液116浸没(框1006和1008)。非分析溶液116减小了基底106、702过早曝露于待测试的物质的可能性。在一些实例中，腔室104然后通过密封件118与壳体102之间的相互作用和/或测试条602与壳体604之间的相互作用而被封闭(框1010)。在框1010处，方法1000决定是否返回至框1002 (框1010)。
[0038]虽然本文已经描述了某些示例性方法、设备和制造物品，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了适当地落在本专利的权利要求的范围内的所有方法、设备和制造物品。
【权利要求】
1.一种用于检测物质的装置，包括: 壳体，所述壳体限定可从外部进入的腔室； 密封件，所述密封件用于封闭所述腔室的至少一部分； 基底，所述基底包括位于所述腔室内的纳米粒子，所述纳米粒子在曝露于所述物质时与所述物质反应；以及 所述腔室内的非分析溶液，以保护所述纳米粒子免于过早曝露。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述物质包括分析物，且所述非分析溶液包括用于减少所述纳米粒子过早曝露于所述分析物的液体。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述非分析溶液包括水、蒸馏水、酒精、乙醇或者碳氢化合物溶液中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底包括表面增强拉曼光谱基底、自激表面增强拉曼光谱基底、荧光增强光谱基底、或者发光增强光谱基底。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米结构包括柱形结构或者锥形结构中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米结构是至少部分透明的。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括通过所述密封件与所述非分析溶液分开的吸收剂。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，在所述密封件至少部分地从所述壳体上移除之后，所述吸收剂至少部分地吸收所述非分析溶液。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底至少部分地浸没在所述非分析溶液中。
10.一种制造用于检测物质的装置的方法，所述方法包括: 将基底定位在壳体的腔室内，所述基底在曝露于所述物质时证明对所述物质的曝露； 将非分析溶液添加到所述腔室；以及 将所述基底至少部分地浸没在所述腔室内的非分析溶液中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述物质是分析物，且将所述非分析溶液添加到所述腔室减少了所述基底对所述分析物的过早曝露。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括:将吸收剂设置在所述壳体中，并且所述吸收剂通过可移除的密封件与所述非分析溶液分开。
13.一种用于检测分析物的测试装置，包括: 限定槽的壳体； 测试条，所述测试条密封地接合所述槽以封闭所述槽的至少一部分，所述测试条包括位于所述槽内的基底，所述基底用于在曝露于所述分析物时指示对所述分析物的曝露；以及 所述槽内的非分析溶液。
14.根据权利要求13所述的测试装置，其中，在所述物质已被曝露于分析物的情况下，所述基底在所述基底经受表面增强拉曼光谱、自激表面增强拉曼光谱、荧光增强光谱、或者发光增强光谱时产生指示所述分析物的存在性的光谱分量。
15.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述非分析溶液包括用于减少所述基底的纳米粒子对所述分析物的过早曝露的液体。
【文档编号】G01N33/00GK103797352SQ201180073547
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2011年9月30日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】W.吴, Z.李, A.金, M.胡, M.J.斯塔克 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业