基于表面增强拉曼散射分析的检测装置及检测套件的制作方法

本实用新型涉及基于表面增强拉曼散射分析的检测装置、尤其是利用表面增强拉曼散射分析技术的携带轻便、操作简单且表面增强的有效时间长的检测装置。此外，本实用新型还涉及包含这种检测装置的检测套件。

背景技术：

拉曼散射光谱检测是一种不需要对待检测样品进行标记的物质结构分析手段，具有非破坏性，无需接触等特点。随着激光技术和弱信号探测接收技术的发展，作为一种可实现物质结构分子水平检测手段的拉曼散射光谱检测，有望在生物检测、疾病诊断、环境监测、化学分析等领域获得更广泛和实际的应用。

然而，由于拉曼散射截面小，拉曼散射光谱检测的分析灵敏度低，很多分子或者基团的拉曼光谱很难获得。虽然通过提高激励激光功率可以在一定程度上提高拉曼散射光谱的强度，但对于生物样品，强度太大的激光会破坏样品的生物活性，因此很多实验转而利用了表面增强拉曼散射 (SERS)效应来提高样品的拉曼散射光谱强度。

自开始利用表面增强拉曼散射技术来的近几十年以来，表面增强拉曼散射(SERS)的确成为一个强有力的微量分析技术，具有低成本、高分辨率、超灵敏性和高结构信息等特点。具体来说，表面增强拉曼散射是指在特殊制备的一些金属良导体或溶胶中，吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。当入射光照射到一定粗糙度的贵金属表面时，吸附在金属表面的某些化学物质的拉曼散射信号可以得到巨大的增强，其增强因子可以达到10的5到6次方倍。

目前，赛默飞世尔公司研发出这样一种基于表面增强拉曼散射的检测装置。如图1A-1C中所示，该检测装置包括两个元件，即一根检测条和一小瓶乙醇溶液。首先，试验人员取少量的待检测的化学试样置于该检测条上，然后将包含了少量的待检测的化学试样的检测条插入乙醇溶液中。大约在十秒钟之后，将该检测条从乙醇溶液中移除，并且使其在室温下干燥两分钟，然后对该检测条进行扫描，以进行表面增强拉曼散射分析。

常见的表面增强拉曼散射活性基底的制备方法有溶胶颗粒法、金属电极的电化学氧化还原法、金属纳米小球排布法等。金属电极的电化学氧化还原法应用较为广泛，但采用该方法所得到的SERS活性基底其增强因子较小，且在制备过程中由于受溶液温度、还原剂性质以及反应时间等诸多因素的影响，纳米颗粒的尺寸及分布都比较随机。采用金属纳米小球排布法可以实现纳米结构在基底上的单层规则分布，从而有效控制SERS检测信号的重复性。但是纳米小球单层排布过程繁琐，且很难实现其在大面积上的单层排布，从而限制了这种方法的进一步应用。相对来说，金属胶体溶液作为基底的方法的优点在于制备成本较低、操作起来简单，但由于金属溶胶的使用寿命较短，因而所得的增强效应的重复性不佳。

因此，在表面增强拉曼散射对试验进行检测分析的领域中，始终存在对携带轻便、操作简单且表面增强的有效时间长的检测装置的需求。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种基于表面增强拉曼散射分析的检测装置，其包括：可闭合的容器，待检测的化学试样能被加入该容器内；混合区域，其构造成使得化学试样能在混合区域中与胶体混合；用于保持聚集料的区域，其布置成与混合区域密封地分隔开且构造成能在将对待检测的化学试样进行检测时相对于混合区域不再密封，以使得处于用于保持聚集料的区域内的聚集料能进入混合区域，并与已混合的所述待检测的化学试样和胶体反应，从而使化学试样能进行表面增强拉曼散射分析。

由此，聚集料可以仅在需要对待检测的化学试样立即进行表面增强拉曼散射分析之时才在混合区域中与胶体混合，由此，大幅减少了聚集料和胶体以及化学试样混合在一起的时间，从而提高了表面增强拉曼散射分析的有效时间，并且由此提高了分析结果的可靠性与准确性。

有利的是，检测装置还可以包括检测窗口，所述检测窗口构造成允许位于所述混合区域内的所述待检测的化学试样接收来自外部的扫描，以进行拉曼光谱分析。这样，在检测装置本身上就能直接进行扫描，从而便于分析操作的执行。

较佳地，用于保持聚集料的区域包括封闭壳体，所述聚集料能被封闭于所述封闭壳体之内。由此，能以非常简单的结构实现用于保持聚集料的区域在两种状态之间的切换，即与混合区域分隔开的密封状态和与混合区域连通的聚集料作用状态。此外，封闭壳体对于保持聚集料来说也非常可靠与低价。

此外，封闭壳体还可以构造成能从所述检测装置的所述容器的外部将所述封闭壳体打开，以使得所述聚集料从所述封闭壳体中进入所述混合区域。

可以理解到，能从容器的外部将封闭壳体打开使得试验操作变得非常简单，例如，操作人员可以直接与整个化学试剂不接触地使得聚集料从封闭壳体进入混合区域中进行反应。因此，这也有利于试验人员和整个操作本身的安全性。

特别有利的是，将容器构造成袋状主体，所述封闭壳体布置在所述袋状主体之中，且所述袋状主体的壁的至少一部分构成所述混合区域。

至此，混合区域的构成变得非常简单，即它也属于容器的袋状主体的一部分，而封闭壳体仅需要放置于容器中、也就直接处于混合区域之内了。由此，聚集料与混合区域的连通变得非常简单和即时。

另外，所述封闭壳体在所述检测装置的所述容器中还有利地布置成：在其打开之后位于所述封闭壳体内的所述聚集料能直接处于所述混合区域内。这样缩短了打开封闭壳体到聚集料真正进行混合区域进行反应之间的时长，从而提高了试验效率，使得就地检测变得可行。

可以理解到，聚集料是能使所述胶体聚集以产生用于增强表面增强拉曼散射信号的热点的材料。因此，聚集料属于已知的化学材料，例如各类盐。由此，可以十分简单地增强表面增强拉曼散射信号，确保分析结果的正确性。

此外，所述检测装置在其容器内还可以包括用于保持加入所述容器的所述待检测的化学试样的试样保持区域，所述试样保持区域布置成能相对于所述混合区域和用于保持聚集料的区域密封分隔开，并且构造成能与所述混合区域选择性连通。因此，可以将化学试剂本身也置于暂时不与其它试剂接触的状态，从而加大了试验人员的操作灵活性，以及同时提高了保存待检测的化学试样的时长。

本实用新型还涉及一种基于表面增强拉曼散射分析的检测套件，所述检测套件包括前述检测装置、以及基于表面增强拉曼散射分析的光谱仪，所述光谱仪能通过所述检测装置的所述检测窗口对位于所述检测装置的所述容器内的所述待检测的化学试样进行表面增强拉曼散射分析。

借助上述检测套件，可以非常方便地由试验人员就地对任何化学试剂进行检测，并且立即就能获得表面增强拉曼散射分析的分析结果。

此外，该光谱仪可以包括：扫描装置，以通过位于所述容器上的透明的所述检测窗口对所述待检测的化学试样进行拉曼光谱扫描；和/或用于将分析结果显示出来的显示装置。因此，试验人员可以直接对化学试样进行分析，并且直接从屏幕上读出分析试验结果，操作简单方便，易于上手。

附图说明

图1A-1C示出根据现有技术的H型检测装置的各个操作步骤的流程示意图；

图2示出根据本实用新型的较佳实施例的检测装置的示意图；以及

图3示出根据本实用新型的检测套件的应用流程示意图。

具体实施方式

在本实用新型中，术语“待检测的化学试样”泛指需要进行检测的各类物质，尤其是，在生物检测、疾病诊断、环境监测、化学分析等领域需要进行检测的各类物质，包括但不限于是化学试样、生物试样。

特别是，检测可涉及拉曼光谱分析法、尤其是可涉及基于表面增强拉曼散射的检测。拉曼光谱包含分子的振动和转动信息，因而能表达丰富的分子结构信息，可以通过物质的拉曼光谱来获得分子的“指纹特征”。在相同的溶液试验条件下，拉曼要比宽谱线的荧光光谱更容易获得，并且对于非荧光物质来说，拉曼光谱可以不需要作荧光标记，而且拉曼光谱可以在分子的非振动区获得，避免了荧光“漂白”效应。

在一个应用中，待检测的化学试样例如是类罂粟物质、尤其是海洛因。为了检测某些物质中是否还有此类成分，需要对这些物质进行上述检测。

根据本实用新型，术语“检测装置”是指可用于检测上述待检测的化学(或生物)试样的任何装置。有利地，这种检测装置是可便携式的，以期望提高检测效率，即尽可能在现场、在非常短的时间内就能获得所需的检测结果。

此外，术语“检测装置”可以不包括光谱仪本身，例如“检测装置”可以仅包含供光谱仪扫描从而进行分析的待检测对象，而不包含扫描装置、控制装置、分析装置以及显示装置。在此情况下，可以将“检测装置”理解为一种无源装置。

在本实用新型中，术语“检测套件”是指包含检测装置在内的组合式或者集成一体的套件。例如，该检测套件可以包括用于进行基于表面增强拉曼散射的光谱分析的光谱仪、尤其是手持式光谱仪(对此下文还将进一步描述)。

可以理解到，根据本实用新型的检测装置主要是基于表面增强拉曼散射的检测方式、尤其是基于金属胶体溶液的表面增强拉曼散射的检测方式进行检测的。为此，在该基于表面增强拉曼散射的检测装置中所进行的反应主要涉及胶体溶液、聚集料与待检测的化学物质之间的各种化学、电离、物理反应。鉴于此类化学反应不是本实用新型的主题，对此将不再赘述。

在本实用新型中，胶体溶液包含胶体和溶剂40。优选地，胶体包含金和银的混合物。但可以理解到，胶体不限于此，也可以是任何其它类型的金属、贵金属。此外，胶体30也可以仅包括金和银之一。

上文提及的聚集料则是指将胶体30聚集起来的任何已知材料，诸如各类盐(包括但不限于是氯化钠)。根据本实用新型，当将聚集料添加到胶体30溶液之中时，胶体30会被聚集，然后形成“热点”，以大幅加强表面增强拉曼散射的检测信号。

在基于表面增强拉曼散射的光谱分析的研究中，发现了一种重要的现象，就是“热点”现象。热点是这样产生的：金属表面或者金属纳米粒子的等离子激元在入射光电场的作用下形成等离子激元共振，金属粒子之间的等离子激元共振形成的电场相互叠加，从而导致局部电场增强。

根据本实用新型的检测装置包括可闭合的容器100，该容器100可以呈各种形式，例如包装件、袋子、囊体等，并且制成该容器100的材质可以为软的、硬的，或者任何方便实验操作的材质(例如，可生物降解的、便于手持、易于保持表面干燥的等等)。

有利地，该容器100可以至少打开一次，以将待检测的化学试样20加入该容器100内。当然，也可以分多次将待检测的化学试样20加入到该容器100中。根据需要，不排除为了进行检测而从容器100外将其它物质、尤其是化学、生物物质一次或多次加入该容器100中。但可以理解到，在除了将待检测的化学试样20或所需的其它物质加入该容器100内之外的其它时间，该容器100都是相对于环境密闭的，以尽可能排除检测过程中环境因素对检测结果的影响。

在将该容器100设计成袋子的情况下，待检测的化学试样20可以通过该袋子的袋口(例如，参见图2)加入到该袋子中，然后将该袋口闭合，以封闭该袋子。该袋子还可以设计成在需要加入待检测的化学试样20时能多次打开和闭合。优选地，该袋口设有常见的袋口封条，从而使得试验人员能十分简单地操作该袋子的开闭。

检测装置可以在其该容器100内包含至少如下两个区域：即混合区域和用于保持聚集料的区域10。混合区域是提供各种物质进行混合以及反应的区域。在此，构成该混合区域的材质应当是不参与各种物质的反应中的材质、例如混合区域包括聚合物材料。根据本实用新型，待检测的化学试样20和前述胶体30、溶剂40、以及聚集料(如果有的话)可以在该混合区域中进行期望的反应，而不会泄漏到外部环境中。

可以设想到，胶体30和溶剂40可以在购买时已位于该检测装置的容器100内，或者根据需要在购买后加入到该容器100中。

根据本实用新型，用于保持聚集料的区域10布置成与该混合区域密封地分隔开。用于保持聚集料的区域10相对于混合区域的密封程度应至少使得位于用于保持聚集料的区域10内的聚集料不与混合区域内的各种物质、例如胶体30、溶剂40、待检测的化学试样20进行各类反应的程度。

此外，还应注意到，在本实用新型中，术语“分隔开”的含义是二者之间存在实体物理上的分隔件(以将二者分离开)，但并不一定是二者之间存在空间上的空隙。例如，可以在容器100的混合区域之内设置有用于保持聚集料的区域10。因而，在此情况下，用于保持聚集料的区域10实际上是被混合区域所包含或所围绕的，但用于保持聚集料的区域10与混合区域仍然由于用于保持聚集料的区域10存在实体边界(且该边界是相对于混合区域密封的)而属于“分隔开”的状态下。

可以理解到，用于保持聚集料的区域10可以并不是初始地就位于容器 100之内，而是在需要时由试验人员放置于该容器100内的。但较佳地，用于保持聚集料的区域10始终位于容器100内。

该用于保持聚集料的区域10可以相对于容器100(例如，构成该容器 100的各壁)为固定的(例如，粘附在容器100壁上)、但优选为完全不固定的。当完全不固定时，该用于保持聚集料的区域10可以在容器100的范围内任意运动。

根据本实用新型，该用于保持聚集料的区域10在需要时、即需要对待检测的化学试样20进行检测时能够从相对于混合区域密封隔开的状态进入相对于混合区域不再密封隔开的状态，即用于保持聚集料的区域10能与混合区域连通。

当用于保持聚集料的区域10相对于混合区域不再密封时，处于用于保持聚集料的区域10内的聚集料开始进入混合区域之中，从而可以与已经在该混合区域中混合的物质、例如待检测的化学试样20和胶体30、溶剂40 等混合，并且与它们进行前述基于表面增强拉曼散射的反应。由此，待检测的化学试样20可以进行后续的基于表面增强拉曼散射的分析，例如待检测的化学试样20的拉曼光谱被分析。

为此，用于保持聚集料的区域10可包含封闭壳体，以将聚集料封闭于其内。当然，该封闭壳体可以呈各种形式，诸如是软壳体或硬壳体，且几何形状不限。但无论呈何种形式，该封闭壳体都可以构造成从检测装置的容器100外部将该封闭壳体打开、即不再封闭。在此不再封闭的情况下，聚集料就能从该封闭壳体进入混合区域。

较佳地，试验人员可以将该封闭壳体从容器100外部断开、例如掰断、裂开、捏碎、或者使封闭壳体打开的任何操作方式。有利地，这种操作方式可以用单手轻松完成。尤其是，一般不需要借助其它工具就能实现对封闭壳体的这种打开。

但可以充分理解到，打开用于保持聚集料的区域10的方式不限于从外部进行、尤其是从容器100的外部进行，而是也可以从其内部进行(例如，内部摩擦生热融化封闭壳体等)，只要是能确保用于保持聚集料的区域10 处于两个彼此独立的状态的任何结构、装置、构件(即，用于保持聚集料的区域10不限于一定是封闭壳体的形式)，则皆在本实用新型的保护范围之内。

如上文所述，用于保持聚集料的区域10可以被混合区域所包围，但用于保持聚集料的区域10也可以与混合区域空间上相隔一定距离，甚至可以在需要时才被加入容器100中。此外，在用于保持聚集料的区域10和混合区域之间还可包含其它区域，即二者之间不存在直接接触。甚至，用于保持聚集料的区域10与混合区域还可以分别位于两个彼此连接的袋子之内，当将这两个袋子的袋口打开时，二者仍可以互相连通。

但优选的是，容器100构造成袋状主体，该袋状主体的壁的一部分构成前述混合区域，而该用于保持聚集料的区域10也位于该袋状主体之内，被该混合区域所围绕。可以理解到，尽管如图2中所示，用于保持聚集料的区域10位于待检测的化学物质、胶体30、溶剂40等混合的混合区域之上，但可以设想二者之间的任意的相对位置关系。例如，用于保持聚集料的区域10可以沉浸在混合区域之中，例如用于保持聚集料的区域10的封闭壳体可以构造成浮球，该浮球悬浮在混合区域的溶液之中。

在用于保持聚集料的区域10位于袋子之中且袋子的至少一部分构成混合区域的情况下，当用于保持聚集料的区域10不再相对于混合区域密封时，位于其内的聚集料可以直接落入、进入、浸入混合区域中、尤其是与混合区域中已经混合的待检测的化学试样20、胶体30、溶剂40等混合和反应。但本实用新型也不排除这样的情况，即、当用于保持聚集料的区域10不再相对于混合区域密封时，位于其内的聚集料需要通过其它区域或其它部件才能到达混合区域中。

在其它实施例中，检测容器100在其容器100内还可以包括专用于保持加入容器100的待检测的化学试样20的试样保持区域。为此，该试样保持区域布置成相对于用于保持聚集料的区域10和混合区域分别是密封分隔开的，并且在需要进行检测时或者之前一段时间能相对于混合区域不再密封、即能与混合区域连通。

该试样保持区域的构造可以参照上文针对用于保持聚集料的区域10的描述，例如也可以具有封闭包装、例如呈胶囊形式的包装等，在此不再赘述。

下面，将针对如图3中所示的一个代表性实施例来描述试验人员检测化学试样20的过程。

首先，试验人员获取到待检测的化学试样20、例如是海洛因，并且打开袋状容器100，将待检测的化学试样20加入到袋状容器100中。因此，待检测的化学试样20与已存在于该袋状容器底部的混合区域中的胶体30 和溶剂40(可以在之前放入该袋状容器内或者随包含该袋状容器的检测装置一起购得)相混合。

然后，根据需要，例如当将对化学试样20进行检测时，试验人员从该袋状容器100的外部将用于保持聚集料的区域10、例如其封闭壳体打开、尤其是将该封闭壳体掰开。在此，如果该封闭壳体上设有预破裂线(类似于一板药片上的各个泡罩之间的分隔线)，则有利于这种打开过程。

当顺利地且轻松将该用于保持聚集料的区域10打开时，处于用于保持聚集料的区域10内的聚集料进入袋状容器100中的混合区域、例如从上方落入混合区域或者混合区域中的各种溶液浸入用于保持聚集料的区域10之中等。由此，聚集料与混合区域中的已混合好的待检测的化学试样20和胶体30及溶剂40进行混合和反应。有利地，由此胶体30会被聚集，然后形成“热点”，以大幅加强表面增强拉曼散射的检测信号。

可以理解到，为了使得聚集料与待检测的化学试样20和胶体30及溶剂40在混合区域中更好更快地进行混合，试验可以对该袋状容器100进行晃动、例如通过手摇该袋状容器100，或者也可以设想将袋状容器100放置于其它摇摆装置上。由此，胶体30被更快速有效地聚集，以为下一步检测分析做好准备。

最后，可以借助光谱仪、例如手持式拉曼光谱仪对待检测的化学物质进行分析。具体来说，利用位于袋状容器100上的透明的检测窗口，可以对位于其内部的待检测的化学物质进行扫描。光谱仪将扫描结果进行分析和处理，并且较佳地在光谱仪上集成的显示设备中显示给试验人员。由此，试验人员能在极短时间内获悉该待检测的化学试样20的成分、例如是否包含海洛因，进而采取相关法律措施。

在此，包含光谱仪和检测装置在内的整个套件可以被称为“检测套件”，试验人员可以携带该套件并且在现场进行检测，这种过程十分方便，且效率很高。

在基于表面增强拉曼散射的技术中，申请人发现了胶体30的增强寿命时间不长，即仅在加入聚集料之后很短时间内有效。因而，对于本实用新型来说重要的是，待检测的化学试样20加入检测装置的容器100内之后，只要是没有需要进行检测，位于用于保持聚集料的区域10内的聚集料就始终可以不与待检测的化学试样20混合和反应，从而延长了检测装置的使用寿命，避免了由于过早反应带来的拉曼光谱的信号损失。

此外，借助于根据本实用新型的检测装置的可闭合容器100，整个混合过程和聚集过程均在密封的环境下进行，因而可以大幅减少暴露于空气对于检测结果的不利影响。

另外，整个检测装置的结构轻便，便于携带，因而可以广泛应用于各类现场应用，且不会污染试验人员和环境，成本也较低，基于表面增强拉曼散射的拉曼光谱信号也更强。

前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。例如，尽管针对单个袋状容器进行了详细描述，但本实用新型的容器不限于单个，可以为多个，尤其是可以分别为所描述的各个区域提供一个单独的容器。但作为检测装置来说，这些多个容器仍然是可以由试验人员一起携带的，且不会散落在各处造成易于丢失。

对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。