基于sers機(jī)理的微流檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器。包括至少一個(gè)微流道結(jié)構(gòu)，該微流道結(jié)構(gòu)包括：基底，具有上表面以及從上表面向下凹入的溝槽，溝槽具有檢測(cè)區(qū)；金屬光柵，形成在溝槽的檢測(cè)區(qū)內(nèi)，金屬光柵限定了溝槽的供待測(cè)物質(zhì)通過(guò)的多個(gè)微流道。本實(shí)用新型通過(guò)將金屬光柵集成在微流道結(jié)構(gòu)中，可以使得基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器對(duì)待測(cè)物質(zhì)分子拉曼信號(hào)的增強(qiáng)以指數(shù)形式增加，其增加幅度遠(yuǎn)高于僅使用金屬光柵基于SERS機(jī)理來(lái)檢測(cè)的靈敏度，從而更適合于探測(cè)濃度極低的分子信號(hào)。此外，本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器可控性好，產(chǎn)品尺寸較小、便于攜帶。
【專利說(shuō)明】
基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微納米結(jié)構(gòu)器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)光被原子或分子散射時(shí)，絕大多數(shù)光子發(fā)生彈性散射，即散射光的頻率與入射光的頻率相同，稱之為瑞利散射；還有一小部分光子發(fā)生非彈性散射，即散射光的頻率與入射光不同，也稱之為拉曼散射。
[0003]拉曼散射可以準(zhǔn)確地反映分子的震動(dòng)能級(jí)的信息，因此被當(dāng)做是分子“指紋”，從而被廣泛地應(yīng)用于物質(zhì)的檢測(cè)中。同時(shí)拉曼散射光譜檢測(cè)是一種不需要對(duì)待檢測(cè)樣品進(jìn)行標(biāo)記的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析手段，具有非破壞性、無(wú)需接觸等特點(diǎn)。隨著激光技術(shù)和弱信號(hào)探測(cè)接收技術(shù)的發(fā)展，作為一種可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)分子水平檢測(cè)的手段，拉曼散射光譜檢測(cè)有望在生物檢測(cè)、疾病診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)分析等領(lǐng)域獲得實(shí)際和廣泛的應(yīng)用。然而，由于拉曼散射截面小，拉曼散射光譜檢測(cè)的分析靈敏度低，很多分子或者基團(tuán)的拉曼光譜很難獲得。雖然通過(guò)提高激勵(lì)激光功率可以在一定程度上提高拉曼散射光譜的強(qiáng)度，但對(duì)于生物樣品，強(qiáng)度太大的激光會(huì)破壞樣品的生物活性，因此很多應(yīng)用轉(zhuǎn)而利用了表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)來(lái)提高樣品的拉曼散射光譜強(qiáng)度。
[0004]表面增強(qiáng)拉曼散射(surface-enhancedRoman scattering, SERS)是一種異常的表面光學(xué)現(xiàn)象，是指粗糙的貴金屬表面在入射光激發(fā)的情況下增強(qiáng)吸附在其表面的物質(zhì)分子的拉曼散射光譜信號(hào)的一種現(xiàn)象。分子拉曼散射信號(hào)的增強(qiáng)來(lái)源于粗糙表面在光照射下所產(chǎn)生的表面電子振蕩，當(dāng)入射光的頻率與金屬自身的等離子體的頻率相匹配時(shí)，電子振蕩達(dá)到最大，于是在金屬表面產(chǎn)生一個(gè)與入射光頻率相同的附加局域電磁場(chǎng)，它所覆蓋的區(qū)域存在著入射光和表面等離子體被激發(fā)后疊加在一起的電磁場(chǎng)。由于分子的拉曼散射源于分子自身的極化與外界電場(chǎng)的相互作用，所以處在這個(gè)疊加電場(chǎng)中的分子除了受原入射電磁場(chǎng)的作用外還受這個(gè)局域增強(qiáng)電磁場(chǎng)的作用，因此激發(fā)出的拉曼散射信號(hào)也相應(yīng)地得到了加強(qiáng)。與普通拉曼散射光譜信號(hào)相比，表面增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)的強(qiáng)度有多個(gè)量級(jí)的增強(qiáng)，甚至可以達(dá)到單分子拉曼散射信號(hào)的探測(cè)。表面增強(qiáng)拉曼散射是這種粗糙化金屬表面上最為突出的效應(yīng)，在粗糙化的金、銀、銅等金屬的表面上，與普通的拉曼散射光譜強(qiáng)度相比，SERS的增強(qiáng)可達(dá)到106。
[0005]自從SERS出現(xiàn)后，其領(lǐng)域的發(fā)展是相當(dāng)迅猛的，在應(yīng)用方面，科學(xué)家們利用SERS技術(shù)測(cè)量分子以及物質(zhì)的拉曼光譜，建立完整的拉曼庫(kù)；制作表面承載基底，應(yīng)用拉曼光譜的指紋特性，在探測(cè)器方面和分子檢測(cè)方面具有巨大的潛力，SERS有望成為單分子檢測(cè)的重要工具，即利用SERS技術(shù)測(cè)量分子和物質(zhì)的拉曼光譜，對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和探索。
[0006]但是目前的一些基于表面增強(qiáng)拉曼散射的機(jī)理制備的檢測(cè)器件，大多數(shù)的報(bào)道主要基于納米粗糙面或納米結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式表面增強(qiáng)拉曼散射活性基底及其制備方法，如溶膠顆粒法、金屬電極的電化學(xué)氧化還原法、金屬納米小球排布法、氣液固化學(xué)生長(zhǎng)法及物理化學(xué)刻蝕法等等。在這些開(kāi)放式活性基底上尤其是在納米粗糙面或納米結(jié)構(gòu)上分布待測(cè)試劑時(shí)，一般采用浸泡-蒸發(fā)法和滴定-蒸發(fā)法。當(dāng)采用浸泡-蒸發(fā)法時(shí)，可以在開(kāi)放式活性基底的納米粗糙面或納米結(jié)構(gòu)上均勻吸附一層待分析物分子，但是這種方法所需要的試劑劑量大，同時(shí)浸泡耗費(fèi)的時(shí)間往往需要幾個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)。當(dāng)采用滴定-蒸發(fā)法分布待分析物時(shí)，所需的試劑劑量在水平方向上只需要覆蓋活性基底整個(gè)表面，但其高度可能達(dá)到毫米量級(jí)，因此試劑用量仍舊較大；且該方法也同樣需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的溶劑蒸發(fā)時(shí)間；此外，采用該方法在開(kāi)放式活性基底上分布分子時(shí)，由于咖啡環(huán)效應(yīng)等因素的影響，分子在活性基底上的分布不能達(dá)到很好的均勻性，從而影響所檢測(cè)到的拉曼散射信號(hào)的一致性；另外，從應(yīng)用角度上說(shuō)，采用蒸發(fā)法分布待分析物分子不適用于對(duì)液體環(huán)境有特殊要求的生物分子的活體檢測(cè)。
[0007]因此，目前所存在的一些檢測(cè)器件不僅檢測(cè)到的拉曼散射信號(hào)一致性差，而且靈敏度低、可控性差。如何基于SERS機(jī)理制備出靈敏度高且可控性好的檢測(cè)器件成為目前研究的重要方向。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的是要提供一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器，該微流檢測(cè)器不僅靈敏度高，可以探測(cè)到濃度極低的待測(cè)物質(zhì)的分子信號(hào)，而且可控性強(qiáng)。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器，包括至少一個(gè)微流道結(jié)構(gòu)，微流道結(jié)構(gòu)包括:基底，具有上表面以及從上表面向下凹入的溝槽，溝槽具有檢測(cè)區(qū)；金屬光柵，形成在溝槽的檢測(cè)區(qū)內(nèi)，金屬光柵限定了溝槽的供待測(cè)物質(zhì)通過(guò)的多個(gè)微流道。
[0010]進(jìn)一步地,溝槽的深度為100?1000nm,優(yōu)選為500nm。
[0011]進(jìn)一步地，金屬光柵的高度設(shè)置成不低于基底的上表面所在的水平面。
[0012]進(jìn)一步地,金屬光柵為由相互間隔開(kāi)的多個(gè)金屬薄片構(gòu)成的線型光柵，每一金屬薄片沿豎向設(shè)置且與溝槽的延伸方向基本平行地延伸；優(yōu)選地，金屬光柵的周期為100?100nm,占空比為0.01?0.99 ;進(jìn)一步優(yōu)選地，金屬光柵的周期為200?900nm，占空比為
0.2 ?0.7 ο
[0013]進(jìn)一步地，溝槽還具有分別位于檢測(cè)區(qū)兩側(cè)的引流區(qū)和回流區(qū)；其中，在橫向于溝槽的延伸方向上的寬度方向上，引流區(qū)和回流區(qū)的寬度大于檢測(cè)區(qū)的寬度。
[0014]進(jìn)一步地，引流區(qū)和回流區(qū)為矩形槽結(jié)構(gòu)，引流區(qū)和/或回流區(qū)的寬度為I?10000 μ m,優(yōu)選為 500 μ m ?800 μ m。
[0015]進(jìn)一步地，溝槽還具有前級(jí)區(qū)和后級(jí)區(qū)；其中，前級(jí)區(qū)位于檢測(cè)區(qū)與引流區(qū)之間，并從引流區(qū)朝著檢測(cè)區(qū)以漸縮的方式延伸；并且，后級(jí)區(qū)位于檢測(cè)區(qū)與回流區(qū)之間，并從回流區(qū)朝著檢測(cè)區(qū)以漸縮的方式延伸。
[0016]進(jìn)一步地，前級(jí)區(qū)和后級(jí)區(qū)內(nèi)形成有周期性排列的導(dǎo)流柱；優(yōu)選地，導(dǎo)流柱的周期為100?1500nm,每一導(dǎo)流柱為直徑為50?700nm的圓柱體。
[0017]進(jìn)一步地，還包括由透明材料形成的封裝部，封裝部設(shè)置在基底的上表面處，以從溝槽的上方封閉溝槽。
[0018]進(jìn)一步地，形成封裝部的透明材料為PDMS薄膜或硼硅玻璃薄膜。
[0019]進(jìn)一步地，基底的材料為Si或S12 ;和/或金屬光柵的材料選自Au、Ag、Cu和Al中的一種或多種。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器的制備方法，包括以下步驟:步驟S1、設(shè)置基底并在基底的上表面上形成溝槽；步驟S2、在溝槽內(nèi)套刻光柵結(jié)構(gòu)圖案；以及步驟S3、在光柵結(jié)構(gòu)圖案內(nèi)沉積金屬以形成金屬光柵；金屬光柵限定了溝槽的供待測(cè)物質(zhì)通過(guò)的多個(gè)微流道。
[0021]進(jìn)一步地，步驟SI中在基底的上表面上形成溝槽的步驟包括:步驟SI 1、在基底的上表面上涂覆紫外光刻膠層；步驟S12、對(duì)紫外光刻膠層進(jìn)行光刻曝光和顯影處理，以在基底上形成待刻蝕溝槽圖案；以及步驟S13、采用反應(yīng)離子束刻蝕法對(duì)待刻蝕溝槽圖案進(jìn)行刻蝕，以在基底的上表面上形成溝槽。
[0022]進(jìn)一步地，步驟S2中在溝槽內(nèi)套刻光柵結(jié)構(gòu)圖案的步驟包括:步驟S21、在溝槽內(nèi)旋涂電子束光刻膠；步驟S22、采用電子束曝光、顯影技術(shù)對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行處理，形成光柵結(jié)構(gòu)圖案；以及步驟S23、在光柵結(jié)構(gòu)圖案上電沉積金屬，形成金屬光柵。
[0023]進(jìn)一步地，還包括對(duì)基底的上表面進(jìn)行封裝的步驟；優(yōu)選采用采用熱壓法或者陽(yáng)極鍵合法對(duì)基底進(jìn)行封裝。
[0024]本實(shí)用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，按照本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器通過(guò)將金屬光柵集成在微流道結(jié)構(gòu)中，可以使得基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器對(duì)待測(cè)物質(zhì)分子拉曼信號(hào)的增強(qiáng)以指數(shù)形式增加，其增加幅度遠(yuǎn)高于僅使用金屬光柵基于SERS機(jī)理來(lái)檢測(cè)的靈敏度，從而更適合于探測(cè)濃度極低的分子信號(hào)。而且，采用本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，待測(cè)物質(zhì)更容易在金屬光柵的表面上形成均勻分布，從而提高了 SERS檢測(cè)信號(hào)的一致性，較浸泡-蒸發(fā)法和滴定-蒸發(fā)法的檢測(cè)時(shí)間顯著縮短。此外，采用本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器還能夠有效減少甚至避免測(cè)試環(huán)境引入的噪聲，提高SERS檢測(cè)信號(hào)的信噪比，從而也可以有效保障檢測(cè)信號(hào)的一致性。
[0025]采用本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器進(jìn)行SERS檢測(cè)有利于提高檢測(cè)的可控性。一方面，可以通過(guò)設(shè)置多個(gè)并列的微流道結(jié)構(gòu)，以同時(shí)檢測(cè)多種待測(cè)物質(zhì)，從而節(jié)約了檢測(cè)時(shí)間并提升了檢測(cè)效率。另一方面，可通過(guò)在一個(gè)微流道結(jié)構(gòu)中形成一對(duì)或多對(duì)入液口/出液口，從而可用于一種待測(cè)物質(zhì)的測(cè)試或不同待測(cè)物質(zhì)混合和反應(yīng)前后的信號(hào)檢測(cè)與對(duì)比。進(jìn)一步，還可以通過(guò)設(shè)計(jì)金屬光柵的尺寸來(lái)控制待測(cè)物質(zhì)的流動(dòng)速度，使得檢測(cè)速度可控。
[0026]該產(chǎn)品不僅尺寸較小，便于攜帶，可以作為檢測(cè)人員隨聲攜帶的檢查工具，而且制備方法相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉，可用于大規(guī)模生產(chǎn)，因此，本實(shí)用新型所提供的微流檢測(cè)器可廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域檢測(cè)液體待分析物和/或膠體待分析物和/或氣體待分析物。
[0027]根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本實(shí)用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本實(shí)用新型的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0029]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一種典型實(shí)施例的微流檢測(cè)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為圖1中沿剖切面A-A截取的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3為對(duì)檢測(cè)區(qū)的模擬探測(cè)示意圖，光源直接從檢測(cè)光柵區(qū)域頂部入射，從而產(chǎn)生熱點(diǎn)區(qū)域，當(dāng)待測(cè)物質(zhì)分子隨溶液流體通過(guò)熱點(diǎn)區(qū)域時(shí)，其拉曼信號(hào)即被激發(fā)并檢測(cè)出來(lái)；
[0032]圖4為與圖3所對(duì)應(yīng)的理論模擬示意圖，展示了當(dāng)光源入射光柵檢測(cè)區(qū)時(shí)，可以激發(fā)出SERS的熱點(diǎn)區(qū)域。
[0033]圖5a_5h為根據(jù)本實(shí)用新型一種典型實(shí)施例的制作微流檢測(cè)器的檢測(cè)區(qū)的工藝流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的檢測(cè)器所存在的靈敏度低以及可控性差的問(wèn)題，根據(jù)本實(shí)用新型的一種典型實(shí)施方式，提供了一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器。如圖1所示，該微流檢測(cè)器包括一個(gè)微流道結(jié)構(gòu)，該微流道結(jié)構(gòu)包括基底10和金屬光柵20。基底10具有上表面11以及從上表面11向下凹入的溝槽。該溝槽具有檢測(cè)區(qū)121。金屬光柵20形成在溝槽的檢測(cè)區(qū)121內(nèi)，并且該金屬光柵20限定了溝槽的供待測(cè)物質(zhì)通過(guò)的多個(gè)微流道21。盡管在圖1中僅示出了一個(gè)示例性的微流道結(jié)構(gòu)，但是可以理解，在其它實(shí)施例中，該微流檢測(cè)器可以包括更多個(gè)與圖1相似的微流道結(jié)構(gòu)，這些微流道結(jié)構(gòu)可以以例如并列的方式形成在同一個(gè)基底10上。
[0035]在本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器中，溝槽的深度主要影響熱點(diǎn)SERS區(qū)域的形成和有效體積，為了得到靈敏度更高且可控性更好的微流檢測(cè)器，在本實(shí)用新型的一種典型實(shí)施例中，溝槽的深度為100?lOOOOnm，如果溝槽的深度小于lOOnm，封裝時(shí)溝槽容易被堵塞；若溝槽的深度大于lOOOOnm，會(huì)造成靈敏檢測(cè)區(qū)域與分子流動(dòng)區(qū)域不匹配，甚至探測(cè)信號(hào)被過(guò)高的側(cè)壁阻擋的問(wèn)題，降低了微流檢測(cè)器測(cè)試時(shí)的靈敏度，使得可控性變差。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，溝槽的深度為500nm。
[0036]金屬光柵20凸出于基底10的上表面11所在的水平面的豎直高度為X，其中X可以在O彡X彡500nm中選擇。在x = O的實(shí)施例中，其表示金屬光柵20與基底10的上表面11平齊。在其它實(shí)施例中，金屬光柵20可以凸出于基底10的上表面11所在的水平面，但是其所凸出的豎直高度500nm。當(dāng)金屬光柵20與基底10的上表面11平齊或凸出的高度不高于500nm時(shí)，有利于后續(xù)的薄膜封裝，同時(shí)也避免了待測(cè)物質(zhì)泄漏的問(wèn)題。
[0037]在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，如圖1?2所示，金屬光柵20為由相互間隔開(kāi)的多個(gè)金屬薄片構(gòu)成的線型光柵，每一金屬薄片沿豎向設(shè)置且與溝槽的延伸方向基本平行地延伸。該金屬光柵20的周期可以選自100?lOOOnm，占空比可以選自0.01?0.99。采用線型光柵結(jié)構(gòu)有助于增加液體流動(dòng)性，加工方便。在其它實(shí)施例中，該光柵結(jié)構(gòu)還可以采用圓柱形光柵結(jié)構(gòu)、金屬顆粒堆砌結(jié)構(gòu)等。
[0038]考慮到SERS熱點(diǎn)區(qū)域的順利形成及覆蓋體積，本實(shí)用新型將金屬光柵20的周期和占空比控制在上述范圍內(nèi)。如果金屬光柵20的周期小于10nm時(shí)，則導(dǎo)致SERS熱點(diǎn)區(qū)域過(guò)少，不利于對(duì)所流過(guò)的待測(cè)物質(zhì)中的分子進(jìn)行全面檢測(cè)；如果金屬光柵的周期大于lOOOnm，則會(huì)出現(xiàn)SERS熱點(diǎn)區(qū)域不能優(yōu)化或者無(wú)法形成SERS熱點(diǎn)、更不容易形成大面積有效的SERS熱點(diǎn)。如果金屬光柵20的占空比低于0.01，則會(huì)出現(xiàn)金屬層過(guò)薄，流通空間過(guò)大的問(wèn)題，不利于SERS熱點(diǎn)的有效形成，甚至完全不能形成SERS熱點(diǎn)。相反，如果金屬光柵20的占空比高于0.99，則會(huì)出現(xiàn)溶液通過(guò)區(qū)域過(guò)小，一則造成通道阻塞，不利于溶液通過(guò)；二則無(wú)法形成SERS熱點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，金屬光柵20的周期可以選自200?900nm,占空比可以選自0.2?0.7。
[0039]在本實(shí)用新型的一個(gè)典型實(shí)施例中，如圖1所示，微流檢測(cè)器的溝槽還具有分別位于檢測(cè)區(qū)121兩側(cè)的引流區(qū)122和回流區(qū)123。其中，在橫向于溝槽的延伸方向上的寬度方向上，引流區(qū)122和回流區(qū)123的寬度大于檢測(cè)區(qū)121的寬度。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，既可以在檢測(cè)區(qū)121的一端單獨(dú)設(shè)置引流區(qū)122或回流區(qū)123。在其它實(shí)施例中，也可以分別在檢測(cè)區(qū)121的兩端同時(shí)設(shè)置引流區(qū)122和回流區(qū)123。引流區(qū)122和回流區(qū)123的形狀結(jié)構(gòu)既可以相同也可以不同，通過(guò)設(shè)置引流區(qū)122和回流區(qū)123，可以保證待測(cè)物質(zhì)順利從引流區(qū)122進(jìn)入到檢測(cè)區(qū)被檢測(cè)，之后從回流區(qū)123處匯合后流出。在橫向于溝槽的延伸方向的寬度方向上，優(yōu)選將引流區(qū)122和回流區(qū)123的寬度設(shè)置為大于檢測(cè)區(qū)121的寬度，從引流區(qū)到檢測(cè)區(qū)逐級(jí)分流，有利于形成有效的壓力勢(shì)差，從檢測(cè)區(qū)到回流區(qū)設(shè)置的目的是使已檢測(cè)溶液及時(shí)流出并且不受幾何尺寸的限制。
[0041]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1所示，引流區(qū)122和回流區(qū)123為矩形槽結(jié)構(gòu)，引流區(qū)122和/或回流區(qū)123的寬度為I?10000 μ m，優(yōu)選為500 μ m?800 μ m。引流區(qū)122和回流區(qū)123的寬度范圍是根據(jù)金屬光柵20的尺寸而設(shè)計(jì)的。將引流區(qū)122和回流區(qū)123設(shè)置為矩形槽結(jié)構(gòu)更有利于待測(cè)物質(zhì)的順利流入和流出。
[0042]除了具有上述引流區(qū)122和回流區(qū)123結(jié)構(gòu)外，如圖1所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)更為優(yōu)選的實(shí)施例中，溝槽還具有前級(jí)區(qū)124和后級(jí)區(qū)125。前級(jí)區(qū)124位于檢測(cè)區(qū)121與引流區(qū)122之間，并從引流區(qū)122朝著檢測(cè)區(qū)121以漸縮的方式延伸；并且，后級(jí)區(qū)125位于檢測(cè)區(qū)121與回流區(qū)123之間，并從回流區(qū)123朝著檢測(cè)區(qū)121以漸縮的方式延伸。
[0043]通過(guò)設(shè)置前級(jí)區(qū)124和后級(jí)區(qū)125，可以對(duì)流入溝槽內(nèi)的待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行分流，使得待測(cè)物質(zhì)較緩慢地進(jìn)入檢測(cè)區(qū)121，避免了微流體系堵塞現(xiàn)象，使得待測(cè)物質(zhì)有序進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，否則會(huì)導(dǎo)致待測(cè)物質(zhì)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)121時(shí)流速較急，影響拉曼散射信號(hào)的一致性，進(jìn)而降低檢測(cè)時(shí)的靈敏度，并使得可控性變差。
[0044]在一個(gè)具體實(shí)施例中，如圖1所示，前級(jí)區(qū)124和后級(jí)區(qū)125內(nèi)形成有周期性排列的導(dǎo)流柱126。優(yōu)選地，導(dǎo)流柱126的周期為100?1500nm，在一個(gè)實(shí)施例中，每一導(dǎo)流柱126為直徑為50?700nm的圓柱體。在其它實(shí)施例中，還可以采用圓錐體導(dǎo)流柱、棱錐體導(dǎo)流柱等，只要能夠起到分流和導(dǎo)流的作用即可。
[0045]圖3為對(duì)檢測(cè)區(qū)的模擬探測(cè)示意圖，光源直接從檢測(cè)光柵區(qū)域頂部入射，從而產(chǎn)生熱點(diǎn)區(qū)域，當(dāng)待測(cè)物質(zhì)分子隨溶液流體通過(guò)熱點(diǎn)區(qū)域時(shí)，其拉曼信號(hào)即被激發(fā)并檢測(cè)出來(lái)。圖4為與圖3所對(duì)應(yīng)的理論模擬示意圖，展示了當(dāng)光源入射光柵檢測(cè)區(qū)時(shí)，可以激發(fā)出SERS的熱點(diǎn)區(qū)域。從圖3和圖4中可以看出，當(dāng)光源從頂部入射到光柵檢測(cè)區(qū)域時(shí)，可以形成有效的SERS熱點(diǎn)區(qū)域，只有在這些SERS熱點(diǎn)區(qū)域才能順利發(fā)揮增強(qiáng)拉曼的效果，才可以實(shí)現(xiàn)超靈敏分子探測(cè)。
[0046]根據(jù)本實(shí)用新型的一種典型實(shí)施例，微流道結(jié)構(gòu)還包括由透明材料形成的封裝部30。其中，封裝部30設(shè)置在基底10的上表面11處，以從溝槽的上方封閉溝槽。封裝必須由透明材料制作，否則，檢測(cè)光源無(wú)法穿透，不能形成有效的熱點(diǎn)SERS區(qū)域。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，形成封裝部30的透明材料為PDMS薄膜或硼硅玻璃薄膜。優(yōu)選采用與基底10想適配的材料作為封裝部30。當(dāng)采用Si作為基底10時(shí)，優(yōu)選采用與Si膨脹系數(shù)近似的硼硅玻璃，將硼硅玻璃裁取出與基底10大小尺寸相等的小塊進(jìn)行封裝。
[0048]優(yōu)選地，基底10的材料可以為Si或Si02。金屬光柵20的材料可以選自Au、Ag、Cu和Al中的一種或多種。
[0049]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，還提供了一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器的制備方法，如圖5a-5h所示。制備方法包括以下步驟:步驟S1、設(shè)置基底10并在基底10的上表面11上形成溝槽；步驟S2、在溝槽內(nèi)套刻光柵結(jié)構(gòu)圖案；以及步驟S3、在光柵結(jié)構(gòu)圖案內(nèi)沉積金屬以形成金屬光柵20;金屬光柵20限定了溝槽的供待測(cè)物質(zhì)通過(guò)的多個(gè)微流道21。該制備方法簡(jiǎn)單，不需要大型儀器設(shè)備，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0050]如圖5a_5c所示,具體地,步驟SI中在基底10的上表面11上形成溝槽的步驟包括:步驟SI 1、在基底10的上表面11上涂覆紫外光刻膠層14 ;步驟S12、
[0051]對(duì)紫外光刻膠層14進(jìn)行光刻曝光和顯影處理，以在基底10上形成待刻蝕溝槽圖案；以及步驟S13、采用反應(yīng)離子束刻蝕法對(duì)待刻蝕溝槽圖案進(jìn)行刻蝕。必要時(shí)采用反應(yīng)離子束刻蝕進(jìn)一步刻蝕顯影不徹底的紫外光刻膠，直至露出基片，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕法在基底10的上表面11上形成溝槽。
[0052]刻蝕溝槽后對(duì)基底10進(jìn)行清潔，之后套刻光柵結(jié)構(gòu)圖案以在該光柵結(jié)構(gòu)圖案中進(jìn)行沉積形成金屬光柵20。如圖5d-5g所示，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S2中在溝槽內(nèi)套刻光柵結(jié)構(gòu)圖案的步驟包括:步驟S21、在溝槽內(nèi)旋涂電子束光刻膠15 ;步驟S22、采用電子束曝光、顯影技術(shù)對(duì)電子束光刻膠15進(jìn)行處理，形成光柵結(jié)構(gòu)圖案；以及步驟S23、在光柵結(jié)構(gòu)圖案上電沉積金屬，形成金屬光柵20。
[0053]如圖5h所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還包括對(duì)基底10的上表面11進(jìn)行封裝的步驟；優(yōu)選采用采用熱壓法或者陽(yáng)極鍵合法對(duì)基底10進(jìn)行封裝。
[0054]本實(shí)用新型優(yōu)選采用上述工藝制作，但并不局限于此?；谀壳坝糜谖⒓{加工的技術(shù)較為成熟，包括光學(xué)曝光技術(shù)、電子束曝光技術(shù)、聚焦離子束加工技術(shù)、掃描探針加工技術(shù)、微納米尺度的復(fù)制技術(shù)、各種沉積法與刻蝕法圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)、間接納米加工技術(shù)與自組裝納米加工技術(shù)。紫外曝光分辨率優(yōu)于0.5微米的真空接觸式雙面掩模對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)；電子束直寫系統(tǒng)的分辨率可達(dá)2納米、對(duì)準(zhǔn)和拼接精度可達(dá)20nm。由于微納加工的便捷，使得基于SERS基地的靈敏檢測(cè)器的制造成為可能，并且制作時(shí)間短，工藝簡(jiǎn)單。
[0055]下面將會(huì)結(jié)合更具體的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的方法。
[0056]實(shí)施例1
[0057]I)取潔凈Si基片作為基底，并在Si基底的上表面上旋凃紫外光刻膠層，其中紫外光刻膠層的厚度為1.5μπι。
[0058]2)對(duì)紫外光刻膠層進(jìn)行曝光和顯影處理，在基底上形成待刻蝕溝槽圖案，并采用反應(yīng)離子束刻蝕法對(duì)待刻蝕溝槽圖案進(jìn)行刻蝕，在基底的上表面上形成深度為500nm的溝槽。
[0059]3)在溝槽內(nèi)旋涂電子束光刻膠，厚度為600nm ;采用電子束曝光、顯影技術(shù)對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行處理，形成光柵結(jié)構(gòu)圖案；采用電化學(xué)沉積法在光柵結(jié)構(gòu)圖案上電沉積金屬Au,在檢測(cè)區(qū)就得到了由多個(gè)Au薄片構(gòu)成的線型光柵，該Au光柵與基底的上表面平齊，周期為200nm、占空比為0.2。
[0060]采用與制備檢測(cè)區(qū)的Au光柵相同的工藝步驟對(duì)溝槽的其它部位進(jìn)行處理，形成寬度為800 μ m的矩形引流區(qū)和回流區(qū)，在引流區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間形成梯形結(jié)構(gòu)的前級(jí)區(qū)，并且在回流區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間形成梯形結(jié)構(gòu)的后級(jí)區(qū)，前級(jí)區(qū)和后級(jí)區(qū)內(nèi)具有周期為10nm且直徑為50nm的圓柱體導(dǎo)流柱。
[0061]4)采用Piranha溶液洗去基底上殘余的電子束光刻膠；然后采用PDMS膜進(jìn)行熱壓封裝，得到了具有微流道結(jié)構(gòu)的微流檢測(cè)器。
[0062]實(shí)施例2
[0063]I)取潔凈Si基片作為基底，并在Si基底的上表面上旋凃紫外光刻膠層，其中紫外光刻膠層的厚度為1.5μπι。
[0064]2)對(duì)紫外光刻膠層進(jìn)行曝光和顯影處理，在基底上形成待刻蝕溝槽圖案，
[0065]并采用反應(yīng)離子束刻蝕法對(duì)待刻蝕溝槽圖案進(jìn)行刻蝕，在基底的上表面上形成深度為500nm的溝槽。
[0066]3)在溝槽內(nèi)旋涂電子束光刻膠，厚度為600nm ;采用電子束曝光、顯影技術(shù)對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行處理，形成光柵結(jié)構(gòu)圖案；采用電化學(xué)沉積法在光柵結(jié)構(gòu)圖案上電沉積金屬Au，在檢測(cè)區(qū)就得到了由多個(gè)Au薄片構(gòu)成的線型光柵，該Au光柵凸出于基底的上表面的豎直高度X為500nm，周期為900nm、占空比為0.7。
[0067]采用與制備檢測(cè)區(qū)的Au光柵相同的工藝步驟對(duì)溝槽的其它部位進(jìn)行處理，形成寬度為800 μ m的矩形引流區(qū)和回流區(qū)，在引流區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間形成梯形結(jié)構(gòu)的前級(jí)區(qū)，并且在回流區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間形成梯形結(jié)構(gòu)的后級(jí)區(qū)，前級(jí)區(qū)和后級(jí)區(qū)內(nèi)具有周期為150nm且直徑為700nm的圓柱體導(dǎo)流柱。
[0068]4)采用Piranha溶液洗去基底上殘余的電子束光刻膠；然后采用PDMS膜進(jìn)行熱壓封裝，得到了具有微流道結(jié)構(gòu)的微流檢測(cè)器。
[0069]采用實(shí)施例1、實(shí)施例2中的微流檢測(cè)器對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)限可以達(dá)到10_4m。而采用現(xiàn)有的基于SERS原理的檢測(cè)器對(duì)同樣的待測(cè)物質(zhì)溶液進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)限僅為10_3m。說(shuō)明本實(shí)用新型的微流檢測(cè)器的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的檢測(cè)器。
[0070]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實(shí)用新型的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本實(shí)用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實(shí)用新型的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種基于SERS機(jī)理的微流檢測(cè)器,其特征在于,包括至少一個(gè)微流道結(jié)構(gòu)，所述微流道結(jié)構(gòu)包括: 基底(10)，具有上表面(11)以及從所述上表面(11)向下凹入的溝槽，所述溝槽具有檢測(cè)區(qū)(121)； 金屬光柵(20)，形成在所述溝槽的所述檢測(cè)區(qū)(121)內(nèi)，所述金屬光柵(20)限定了所述溝槽的供待測(cè)物質(zhì)通過(guò)的多個(gè)微流道(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述溝槽的深度為100?lOOOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述金屬光柵(20)的高度設(shè)置成使得所述金屬光柵(20)不低于所述基底(10)的所述上表面(11)所在的水平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述金屬光柵(20)為由相互間隔開(kāi)的多個(gè)金屬薄片構(gòu)成的線型光柵，每一所述金屬薄片沿豎向設(shè)置且與所述溝槽的延伸方向基本平行地延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述金屬光柵(20)的周期為100 ?100nm,占空比為 0.01 ?0.99。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述溝槽還具有分別位于所述檢測(cè)區(qū)(121)兩側(cè)的引流區(qū)(122)和回流區(qū)(123)； 其中，在橫向于所述溝槽的延伸方向上的寬度方向上，所述引流區(qū)(122)和所述回流區(qū)(123)的寬度大于所述檢測(cè)區(qū)(121)的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述引流區(qū)(122)和所述回流區(qū)(123)為矩形槽結(jié)構(gòu)，所述引流區(qū)(122)和/或所述回流區(qū)(123)的所述寬度為I?10000 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述溝槽還具有前級(jí)區(qū)(124)和后級(jí)區(qū)(125)； 所述前級(jí)區(qū)(124)位于所述檢測(cè)區(qū)(121)與所述引流區(qū)(122)之間，并從所述引流區(qū)(122)朝著所述檢測(cè)區(qū)(121)以漸縮的方式延伸；以及 所述后級(jí)區(qū)(125)位于所述檢測(cè)區(qū)(121)與所述回流區(qū)(123)之間，并從所述回流區(qū)(125)朝著所述檢測(cè)區(qū)(121)以漸縮的方式延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，所述前級(jí)區(qū)(124)和所述后級(jí)區(qū)(125)內(nèi)形成有周期性排列的導(dǎo)流柱(126)，所述導(dǎo)流柱(126)的周期為100?1500nm，每一所述導(dǎo)流柱為直徑為50?700nm的圓柱體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流檢測(cè)器，其特征在于，還包括由透明材料形成的封裝部(30)，所述封裝部(30)設(shè)置在所述基底(10)的所述上表面(11)處，以從所述溝槽的上方封閉所述溝槽。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK203929644SQ201420221155
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】徐紅星, 沈昊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所