專利名稱：?jiǎn)畏肿訖z測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單分子檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
單分子檢測(cè)(Single Molecule Detection, SMD)技術(shù)有別于一般的常規(guī)檢測(cè)技術(shù)，觀測(cè)到的是單個(gè)分子的個(gè)體行為，單分子檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境安全、生物技術(shù)、傳感器、食品安全等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。單分子檢測(cè)達(dá)到分子探測(cè)的極限，是人們長(zhǎng)期以來追求的目標(biāo)。與傳統(tǒng)的分析方法相比，單分子檢測(cè)法研究體系處于非平衡狀態(tài)下的個(gè)體行為，或平衡狀態(tài)下的波動(dòng)行為，因此特別適合研究化學(xué)及生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、生物分子的相互作用、結(jié)構(gòu)與功能信息、重大疾病早期診斷、病理研究以及高通量藥物篩選等。目前，已知有許多方法用于單分子檢測(cè)，而分子載體的結(jié)構(gòu)對(duì)單分子檢測(cè)技術(shù)發(fā)展以及及檢測(cè)結(jié)果起著十分重要的影響作用?，F(xiàn)有的多種單分子檢測(cè)方法中，分子載體的結(jié)構(gòu)將膠體銀涂覆在玻璃表面，銀顆粒通過膠體粘附于玻璃表面，然后將所述粘附有銀顆粒的玻璃經(jīng)過超聲波洗滌，在玻璃表面形成分散的銀顆粒，形成分子載體。然后將待測(cè)物分子設(shè)置于分子載體表面，通過拉曼檢測(cè)系統(tǒng)向其分子載體上的待測(cè)物分子提供激光輻射。 激光中的光子與待測(cè)物分子發(fā)生碰撞，從而改變光子的方向，產(chǎn)生拉曼散射。另外，光子與待測(cè)物分子發(fā)生能量交換，改變了光子的能量和頻率，使該光子具有待測(cè)物分子的結(jié)構(gòu)信息。通過傳感器接收來自待測(cè)物分子的輻射信號(hào)，形成拉曼圖譜，利用計(jì)算機(jī)對(duì)所述待測(cè)物分子進(jìn)行分析。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，由于所述玻璃的表面為一平整的平面結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的拉曼散射信號(hào)不夠強(qiáng)，從而使所述單分子檢測(cè)的分辨率低，不適用于低濃度及微量樣品的檢測(cè)，從而應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種具有較高分辨率的單分子檢測(cè)方法。一種單分子檢測(cè)方法，其主要包括以下步驟提供一分子載體，所述分子載體包括一基底，所述基底一表面設(shè)置有多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)，在所述三維納米結(jié)構(gòu)表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)之間的基底的表面形成有金屬層；在所述金屬層遠(yuǎn)離基底的表面組裝待測(cè)物分子；利用檢測(cè)器對(duì)組裝在基底上的所述待測(cè)物分子進(jìn)行檢測(cè)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過設(shè)置金屬層，在外界入射光電磁場(chǎng)的激發(fā)下，金屬表面等離子發(fā)生共振，而由于金屬層設(shè)置在三維納米結(jié)構(gòu)表面，可起到表面增強(qiáng)拉曼散射 (SERS)的作用，使得拉曼散射信號(hào)增強(qiáng)，從而可以提高單分子檢測(cè)的分辨率及準(zhǔn)確度。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的分子載體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的分子載體沿II-II方向的剖視圖。
圖3為本發(fā)明第-圖4為本發(fā)明第-
的結(jié)構(gòu)示意圖。
-實(shí)施例提供的半球狀三維納米結(jié)構(gòu)陣列的掃描電鏡照片。 -實(shí)施例提供的分子載體中包括多個(gè)圖案的三維納米結(jié)構(gòu)陣列片。光譜。
片。

圖5為本發(fā)明應(yīng)用分子載體的單分子檢測(cè)方法的流程圖。 圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的分子載體中三維納米結(jié)構(gòu)的制備流程示意圖。 圖7為在基底表面六角形密堆排布之單層納米微球的掃描電鏡照片。 圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的半橢球狀三維納米結(jié)構(gòu)陣列的掃描電鏡照片。 圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的半橢球狀三維納米結(jié)構(gòu)陣列的剖面示意圖。 圖10為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的倒金字塔狀三維納米結(jié)構(gòu)陣列的掃描電鏡照
圖11為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的倒金字塔狀三維納米結(jié)構(gòu)陣列的剖面示意圖。 圖12為本發(fā)明分子載體中不同三維納米結(jié)構(gòu)用于檢測(cè)若丹明分子時(shí)得到的拉曼
圖13為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的雙層圓柱狀三維納米結(jié)構(gòu)陣列的掃描電鏡照
圖14為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的分子載體的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖15為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的分子載體沿X V-X V方向的剖視圖。 圖16為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的分子載體的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖17為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的分子載體沿X VII-X VII的剖視圖。 主要元件符號(hào)說明
10,20,30,40,50 100，200，300，400，500
101.201.301.401.501 1001
102.202.302.402.502 108 110 404 406 504 506
分子載體基底金屬層母板
三維納米結(jié)構(gòu)掩膜層
反應(yīng)性刻蝕氣體第一圓柱第二圓柱第一圓柱空間第二圓柱空間
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1、圖2及圖3，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種用于單分子檢測(cè)的分子載體 10，所述分子載體10包括一基底100、形成于基底100表面的多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102以及設(shè)置于所述三維納米結(jié)構(gòu)102表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)102之間的基底100表面的金屬層 101。所述基底100可以為絕緣基底或半導(dǎo)體基底。具體地，所述基底100的材料可以為硅、二氧化硅、氮化硅、石英、玻璃、氮化鎵、砷化鎵、藍(lán)寶石、氧化鋁或氧化鎂等。所述基底 100的形狀不限，只需具有兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的平面即可，本實(shí)施例中，所述基底100的形狀為一平板狀。所述基底100的大小、厚度不限，可以根據(jù)實(shí)際單分子檢測(cè)的需要選擇。本實(shí)施例中，所述基底100的材料為二氧化硅。所述三維納米結(jié)構(gòu)102設(shè)置于所述基底100的一表面。該三維納米結(jié)構(gòu)102與基底100為一體成型結(jié)構(gòu)。所述三維納米結(jié)構(gòu)102的結(jié)構(gòu)類型不限，可以為凸起結(jié)構(gòu)或凹陷結(jié)構(gòu)。所述凸起結(jié)構(gòu)為從所述基底100的表面向外延伸出的突起的實(shí)體，所述凹陷結(jié)構(gòu)為從所述基底100的表面向內(nèi)凹入形成凹進(jìn)的空間。所述三維納米結(jié)構(gòu)102的結(jié)構(gòu)類型可以根據(jù)實(shí)際需求及實(shí)驗(yàn)條件控制。如圖3所示，本實(shí)施例中，所述三維納米結(jié)構(gòu)102為一半球狀的凸起結(jié)構(gòu)，所述半球狀三維納米結(jié)構(gòu)102的直徑為30納米 1000納米，高度為50納米 1000納米。優(yōu)選地，所述半球狀凸起結(jié)構(gòu)的底面直徑為50納米 200納米，高度為100 納米 500納米。所述相鄰的每?jī)蓚€(gè)半球狀凸起結(jié)構(gòu)之間的距離相等，可為0納米 50納米。所述兩個(gè)半球狀凸起結(jié)構(gòu)之間的距離是指所述半球狀凸起結(jié)構(gòu)的底面之間的距離，所述半球狀凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為零納米是指所述兩個(gè)半球狀凸起結(jié)構(gòu)相切，其底面緊密相連，中間沒有間隔。本實(shí)施例中，所述半球狀三維納米結(jié)構(gòu)102之間的距離為10納米。所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102在基底100 —表面以陣列形式設(shè)置。所述陣列形式設(shè)置指所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102可以按照等間距行列式排布、同心圓環(huán)排布或六角形密堆排布等方式排列。而且，所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102以陣列形式排布形成一個(gè)或多個(gè)相互間隔的單一圖案。所述單一圖案可以為三角形、平行四邊形、體形、菱形、方形、矩形或圓形等。如圖4所示，所述三維納米結(jié)構(gòu)102以陣列形式形成四個(gè)不同的圖案。所述金屬層101包覆于所述三維納米結(jié)構(gòu)102的表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu) 102之間基底100的表面。具體的，所述金屬層101為金屬材料形成的一連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)， 可以為單層層狀結(jié)構(gòu)或多層層狀結(jié)構(gòu)。所述金屬層101基本均勻沉積于所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)102之間的基底100的表面。所述相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)102之間形成一間隙(Gap)，此處金屬層101的表面存在表面等離子體共振，從而產(chǎn)生拉曼散射增強(qiáng)。所述金屬層101可通過電子束蒸發(fā)、離子束濺鍍等方法沉積在所述三維納米結(jié)構(gòu)102的表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)102之間的基底100的表面。所述金屬層101 的厚度為2納米 200納米，優(yōu)選的，所述金屬層101的厚度均一。所述金屬層101的材料不限，可為金、銀、銅、鐵或鋁等金屬?？梢岳斫猓緦?shí)施例中所述金屬層101的材料并不限于以上幾種，任何常溫下為固態(tài)的金屬材料都可以。本實(shí)施例中所述金屬層101優(yōu)選為厚度為20納米的銀。由于所述基底100具有多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102，主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)第一，由于分子載體10中金屬層102直接形成在基底100的表面，無須額外的粘結(jié)層或其它結(jié)構(gòu)，因此，金屬層可以很容易通過腐蝕等方式去除，然后根據(jù)單分子檢測(cè)的需要而沉積不同材料的金屬層，所述基底100可以重復(fù)使用，而所述金屬層101可以根據(jù)實(shí)際檢測(cè)單分子的需要而自由進(jìn)行更換，不會(huì)對(duì)基底100表面的三維納米結(jié)構(gòu)102產(chǎn)生影響，即為一“自由平臺(tái)”； 其次，所述金屬層101直接包覆于所述三維納米結(jié)構(gòu)102的表面，所述三維納米結(jié)構(gòu)102具有較大的表面積，使所述金屬層101中的納米金屬顆?？梢圆恍枰辰訉樱湍芾喂痰母街谒鋈S納米結(jié)構(gòu)102的表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)102之間基底100的表面，當(dāng)所述分子載體10用于檢測(cè)單分子時(shí)，可以減少粘接層等其他化學(xué)因素在檢測(cè)過程中產(chǎn)生的干擾，避免粘接層導(dǎo)電性介質(zhì)對(duì)表面等離子體共振分布產(chǎn)生影響；再次，由于金屬層101 設(shè)置在三維納米結(jié)構(gòu)102的表面，在外界入射光電磁場(chǎng)的激發(fā)下，金屬表面等離子體發(fā)生共振吸收，而三維納米結(jié)構(gòu)起到表面增強(qiáng)拉曼散射的作用，可提高SERS增強(qiáng)因子，增強(qiáng)拉曼散射。所述SERS增強(qiáng)因子與三維納米結(jié)構(gòu)102之間的間距相關(guān)，所述三維納米結(jié)構(gòu)102 之間的距離越小，SERS增強(qiáng)因子越大。所述SERS增強(qiáng)因子理論值可為IO5 1015，從而可以得到更好的單分子檢測(cè)結(jié)果。本實(shí)施例中所述分子載體10的SERS增強(qiáng)因子大于101(1。請(qǐng)一并參閱圖5及圖6，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種應(yīng)用所述分子載體10的單分子檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法主要包括以下步驟步驟(Sll)，提供一分子載體，所述分子載體包括一基底，所述基底一表面設(shè)置有多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)，在所述三維納米結(jié)構(gòu)表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)之間的基底的表面形成有金屬層，所述金屬層附著于所述基底的表面；步驟(S12)，在所述金屬層遠(yuǎn)離基底的表面組裝待測(cè)物分子；步驟(S13)，利用檢測(cè)器對(duì)組裝在基底上的所述待測(cè)物分子進(jìn)行檢測(cè)。具體的，步驟(Sll)，提供一分子載體10。所述分子載體10的制備方法主要包括步驟(Slll)，提供一母板1001 ；步驟 (S112)，在所述母板1001表面形成三維納米結(jié)構(gòu)102，形成所述基底100 ；步驟(S113)，在所述基底100的表面形成一金屬層101，形成所述分子載體10。在步驟(Slll)中，該母板1001可以為絕緣材料或半導(dǎo)體材料。本實(shí)施例中所述母板1001的材料為二氧化硅。所述母板1001的厚度為200微米 300微米。所述母板1001 的大小、厚度和形狀不限，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。進(jìn)一步，可以對(duì)所述母板1001的一表面進(jìn)行親水處理。首先，清洗所述母板1001的表面，清洗時(shí)采用超凈間標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗。然后，在溫度為30°C 100°C，體積比為NH3 □ H2O H2O2 H2O = χ y ζ的溶液中溫浴30分鐘 60分鐘，對(duì)所述母板1001的表面進(jìn)行親水處理，之后用去離子水沖洗2次 3次。其中，χ 的取值為0. 2 2，y的取值為0. 2 2，ζ的取值為1 20。最后，用氮?dú)鈱?duì)所述母板1001 表面進(jìn)行吹干。進(jìn)一步，還可以對(duì)所述母板1001的表面進(jìn)行二次親水處理，其具體包括以下步驟將親水處理過后的所述母板1001在2wt% 5wt%的十二烷基硫酸鈉溶液(SDQ中浸泡2小時(shí) M小時(shí)?？梢岳斫猓赟DS中浸泡過后的所述母板1001的表面有利于后續(xù)納米微球的鋪展并形成有序排列的大面積納米微球。在步驟(S112)中，在所述母板1001表面形成三維納米結(jié)構(gòu)102，形成所述基底 100的方法具體包括以下步驟步驟(S1121)，在所述母板1001的任一表面形成掩膜層108。母板1001所述掩膜層108為一單層納米微球形成的層狀結(jié)構(gòu)?？梢岳斫?，采用單層納米微球作為掩膜層108，可以在納米微球?qū)?yīng)的位置制備得到凸起結(jié)構(gòu)。所述在母板1001的表面形成一單層納米微球作為掩膜層108具體包括以下步驟首先，制備一含有納米微球的混合液。
本實(shí)施例中，在直徑為15厘米的表面皿中依次加入150毫升的純水、3微升 5微升的0. Olwt % IOwt %的納米微球、以及當(dāng)量的0. Iwt % 3襯％的SDS后形成混合物，將上述混合物靜置分鐘30 60分鐘。待納米微球充分分散于混合物中后，再加入1微升 3微升的的SDS，以調(diào)節(jié)納米微球的表面張力，有利于形成單層納米微球陣列。其中， 納米微球的直徑可為60納米 500納米，具體地，納米微球的直徑可為100納米、200納米、 300納米或400納米，上述直徑偏差為3納米 5納米。優(yōu)選的納米微球的直徑為200納米或400納米。所述納米微球可以為聚合物納米微球或硅納米微球等。所述聚合物納米微球的材料可以為聚苯乙烯(PQ或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)?？梢岳斫?，所述表面皿中的混合物可依實(shí)際需求而按比例調(diào)制。其次，在所述母板1001的一表面形成一單層納米微球混合液，并使所述單層納米微球以陣列形式設(shè)置于所述母板1001的表面。本實(shí)施例中采用提拉法或旋涂法在所述母板1001的表面形成一單層納米微球溶液。通過控制提拉法的提速或旋涂法的轉(zhuǎn)速，所述單層納米微球可以呈六角密堆排布、簡(jiǎn)單立方排布或同心圓環(huán)排布等。所述采用提拉法在母板1001的表面形成單層納米微球溶液的方法包括以下步驟首先，將經(jīng)親水處理后的所述母板1001緩慢的傾斜的沿著表面皿的側(cè)壁滑入表面皿的混合物中，所述母板1001的傾斜角度為9°至15°。然后，將所述母板1001由表面皿的混合物中緩慢的提起。其中，上述滑下和提起速度相當(dāng)，均為5毫米/小時(shí) 10毫米/小時(shí)。 該過程中，所述納米微球的溶液中的納米微球通過自組裝形成呈六角密堆排布的單層納米微球。本實(shí)施例中，采用旋涂法在母板1001的表面形成單層納米微球溶液，其包括以下步驟首先，將親水處理過后的母板1001在2wt%的十二烷基硫酸鈉溶液中浸泡2小時(shí) 24小時(shí)，取出后在所述母板1001的表面上涂覆3微升 5微升的聚苯乙烯。其次，以旋涂轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘 500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂5秒 30秒。然后，以旋涂轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn) /分鐘 1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂30秒 2分鐘后。再次，將旋涂轉(zhuǎn)速提高至1400轉(zhuǎn)/ 分鐘 1500轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂10秒 20秒，除去邊緣多余的微球。最后，將分布有納米微球的母板1001的表面進(jìn)行干燥后即可在所述母板1001的表面上形成呈六角密堆排布的單層納米微球，進(jìn)而形成所述掩膜層108。此外，在形成所述掩膜層108之后還可以進(jìn)一步對(duì)母板1001的表面進(jìn)行烘烤。所述烘烤的溫度為50°C 100°C，烘烤的時(shí)間為1分鐘 5分鐘。本實(shí)施例中，所述納米微球的直徑可為400納米。請(qǐng)參閱圖7，所述單層納米微球中的納米微球以能量最低的排布方式排布，即六角密堆排布。所述單層納米微球排布最密集，占空比最大。所述單層納米微球中任意三個(gè)相鄰的納米微球呈一等邊三角形?？梢岳斫猓ㄟ^控制納米微球溶液的表面張力，可以使單層納米微球中的納米微球呈簡(jiǎn)單立方排布。步驟(S1122)，采用反應(yīng)性刻蝕氣體110對(duì)所述母板1001的表面進(jìn)行刻蝕，在所述母板1001的表面形成多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102。所述采用反應(yīng)性刻蝕氣體110對(duì)母板1001的表面進(jìn)行刻蝕的步驟在一微波等離子體系統(tǒng)中進(jìn)行。所述微波等離子體系統(tǒng)為反應(yīng)離子刻蝕(Reaction-Ion-Etching，RIE) 模式。所述反應(yīng)性刻蝕氣體110基本不與所述納米微球發(fā)生反應(yīng)，但所述反應(yīng)性刻蝕氣體110對(duì)母板1001的表面進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)102，得到所述基底100。本實(shí)施例中，將形成有單層納米微球的母板1001的表面放置于微波等離子體系統(tǒng)中，且該微波等離子體系統(tǒng)的一感應(yīng)功率源產(chǎn)生反應(yīng)性刻蝕氣體110。該反應(yīng)性刻蝕氣體 110以較低的離子能量從產(chǎn)生區(qū)域擴(kuò)散并漂移至所述母板1001的表面。所述反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述單層納米微球之間的母板1001的表面進(jìn)行刻蝕，而不與所述納米微球進(jìn)行反應(yīng)， 從而形成所述三維納米結(jié)構(gòu)102?？梢岳斫?，通過控制反應(yīng)性刻蝕氣體110的刻蝕時(shí)間可以控制三維納米結(jié)構(gòu)102間的間距以及三維納米結(jié)構(gòu)102的高度。本實(shí)施例中，所述微波等離子體系統(tǒng)的工作氣體包括六氟化硫(SF6)和氬氣(Ar) 或六氟化硫(SF6)和氧氣(O2)。其中，六氟化硫的通入速率為10標(biāo)況毫升每分 60標(biāo)況毫升每分，氬氣或氧氣的通入速率為4標(biāo)況毫升每分 20標(biāo)況毫升每分。所述工作氣體形成的氣壓為2帕 10帕。所述等離子體系統(tǒng)的功率為40瓦 70瓦。所述采用反應(yīng)性刻蝕氣體110刻蝕時(shí)間為1分鐘 2. 5分鐘。優(yōu)選地，所述微波等離子體系統(tǒng)的功率與微波等離子體系統(tǒng)的工作氣體的氣壓的數(shù)值比小于20 1。進(jìn)一步，所述反應(yīng)性刻蝕氣體110中還可以加入三氟甲烷(CHF3)、四氟甲烷(CF4) 或其混合氣體等其它氣體以調(diào)節(jié)刻蝕速率。所述三氟甲烷(CHF3)、四氟甲烷(CF4)或其混合氣體的流量可以為20標(biāo)況毫升每分 40標(biāo)況毫升每分的?？梢岳斫?，通過控制所述刻蝕的條件以及刻蝕氣氛，可以得到不同的凸起的三維納米結(jié)構(gòu)102，如半橢球狀凸起結(jié)構(gòu)等。如果所述掩膜層108為一具有多個(gè)開孔的連續(xù)膜， 則可以得到凹陷的三維納米結(jié)構(gòu)102，如半球狀凹陷結(jié)構(gòu)、半橢球狀凹陷結(jié)構(gòu)、倒金字塔狀凹陷結(jié)構(gòu)等。步驟(S1123)，去除所述掩膜層108，得到所述基底100。采用四氫呋喃(THF)、丙酮、丁酮、環(huán)己烷、正己烷、甲醇或無水乙醇等無毒或低毒環(huán)保容劑作為剝離劑，溶解納米微球，可以去除納米微球殘余，保留形成在母板1001表面的三維納米結(jié)構(gòu)102。本實(shí)施例中，通過在丁酮中超聲清洗去除聚苯乙烯納米微球。步驟S113，在所述三維納米結(jié)構(gòu)102表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)102之間的基底 100的表面形成一金屬層101，形成所述分子載體10。所述金屬層101可采用電子束蒸發(fā)、離子束濺射等方式，在所述基底100表面垂直蒸鍍金屬薄膜。由于所述基底100表面形成有三維納米結(jié)構(gòu)102，從而，在三維納米結(jié)構(gòu)102 及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)102之間的間隙中的基底100表面形成金屬薄膜，進(jìn)而形成所述分子載體10。所述金屬層101的厚度為2納米 200納米，所述金屬層101的材料不限，可為金、銀、銅、鐵或鋁等金屬。本實(shí)施例中所述金屬層101厚度優(yōu)選為20納米。步驟S12，在所述金屬層101遠(yuǎn)離基底的表面組裝待測(cè)物分子。所述組裝待測(cè)物分子主要包括一下步驟首先，提供一待測(cè)物分子的溶液，所述待測(cè)物溶液的分子濃度可為KTmmol/L 10-12mmol/L可根據(jù)實(shí)際需要制備，本實(shí)施例中所述分子濃度為lO.mmol/L ；其次，將所述形成有金屬層101的分子載體10浸入待測(cè)物溶液中，浸泡時(shí)間可為 2min 60min，優(yōu)選的為lOmin，使所述待測(cè)物分子均勻的分散于所述金屬層101的表面；最后，將所述分子載體10取出，用水或乙醇對(duì)所述分子載體進(jìn)行沖洗5 15次，然后利用干燥裝置如吹風(fēng)機(jī)等將所述分子載體10吹干，使殘留的水或乙醇蒸發(fā)，將所述待測(cè)物分子組裝在金屬層101的表面。步驟S13，利用檢測(cè)器對(duì)所述待測(cè)物分子進(jìn)行檢測(cè)。將所述組裝有待測(cè)物分子的分子載體10置于檢測(cè)裝置中，利用檢測(cè)器如拉曼光譜儀對(duì)所述待測(cè)物分子進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)施例中，所述拉曼光譜儀的檢測(cè)參數(shù)為He-Ne 激發(fā)波長(zhǎng)633納米，激發(fā)時(shí)間lOsec，設(shè)備功率為9. OmW，工作功率為9. OmffXO. 05X1。本發(fā)明提供的單分子檢測(cè)方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，現(xiàn)有技術(shù)的單分子檢測(cè)方法為在基底上沉積粘接層，然后在粘接層上形成金屬納米結(jié)構(gòu)作為分子載體，因此所述粘接層對(duì)單分子檢測(cè)產(chǎn)生一定的影響，而本發(fā)明所述三維納米結(jié)構(gòu)通過反應(yīng)離子刻蝕的方法直接形成于基底之上，金屬層直接沉積于基底的表面，因此可以防止粘接層等化學(xué)因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響；其次，本發(fā)明所述單分子檢測(cè)方法中的分子載體具有三維納米結(jié)構(gòu)，分子載體中的金屬層直接沉積于基底表面，而現(xiàn)有技術(shù)中金屬納米結(jié)構(gòu)必須通過粘接層固定于基底表面，從而使得單分子檢測(cè)的結(jié)果受到影響；再次，所述三維納米結(jié)構(gòu)的形狀、大小、間距等可以通過控制制備條件等方便的進(jìn)行控制，即可操作性高；第四，通過在三維納米結(jié)構(gòu)表面設(shè)置金屬層，可以提高單分子檢測(cè)的分辨率，尤其是對(duì)于染料、生物分子、熒光材料以及六代聯(lián)苯等不能用常規(guī)檢測(cè)方法檢測(cè)的物質(zhì)，也均可以利用本方法進(jìn)行檢測(cè)。請(qǐng)一并參閱圖8至圖9，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種分子載體20，所述分子載體20 包括一基底200、形成于基底200表面的多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)202以及設(shè)置于所述三維納米結(jié)構(gòu)202表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)202之間的基底200表面的金屬層201。所述分子載體20 的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中所述分子載體20的結(jié)構(gòu)基本相同，其不同在于，所述分子載體20中的三維納米結(jié)構(gòu)202為凸起的半橢球狀結(jié)構(gòu)。所述半橢球狀三維納米結(jié)構(gòu)202的底面為圓形，其直徑為50納米 1000納米，高度為50納米 1000納米。優(yōu)選地，所述半橢球狀凸起結(jié)構(gòu)的底面直徑為50納米 200納米，高度為100納米 500納米。所述相鄰的每?jī)蓚€(gè)半橢球狀凸起結(jié)構(gòu)之間的距離相等，所述兩個(gè)半橢球狀凸起結(jié)構(gòu)之間的距離是指所述半橢球狀凸起結(jié)構(gòu)的底面之間的距離，可為 0納米 50納米。本實(shí)施例中，所述半球狀三維納米結(jié)構(gòu)202之間的距離為40納米。所述金屬層201沉積于所述三維納米結(jié)構(gòu)202的表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu) 202之間基底200的表面。具體的，所述金屬層201為單層層狀結(jié)構(gòu)或多層層狀結(jié)構(gòu)。所述金屬層201基本均勻沉積于所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)202表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)202 之間的基底200的表面。所述分子載體20的SERS增強(qiáng)因子理論值可為IO5 1015，本實(shí)施例中所述分子載體20的SERS增強(qiáng)因子約為106。請(qǐng)一并參閱圖10至圖11，本發(fā)明第三實(shí)施例提供一種分子載體30，所述分子載體 30包括一基底300、形成于基底300表面的多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)302以及設(shè)置于所述三維納米結(jié)構(gòu)302表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)302之間的基底300表面的金屬層301。所述分子載體30的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中所述分子載體30的結(jié)構(gòu)基本相同，其不同在于，所述分子載體 30中的三維納米結(jié)構(gòu)202為凹陷的倒金字塔結(jié)構(gòu)。所述凹陷的倒金字塔結(jié)構(gòu)是指所述基底300的表面向內(nèi)凹入形成凹進(jìn)的空間呈倒金字塔形。所述倒金字塔形三維納米結(jié)構(gòu)302的底面的形狀不限，可為三角形、矩形及正方形等其他幾何形狀。所述三維納米結(jié)構(gòu)302凹入基底300表面的高度為50納米 1000納米，所述倒金字塔三維納米結(jié)構(gòu)302的頂端形成的夾角α可為15度 70度。本實(shí)施例中，所述三維納米結(jié)構(gòu)302的底面為一正三角形，所述正三角形的邊長(zhǎng)為50納米 1000納米。優(yōu)選的，所述倒金字塔形三維納米結(jié)構(gòu)302的底面邊長(zhǎng)為50納米 200納米，凹入基底表面的高度為100納米 500納米，所述頂端形成的夾角α為30度。所述相鄰的每?jī)蓚€(gè)倒金字塔三維納米結(jié)構(gòu)302之間的距離相等，所述每?jī)蓚€(gè)倒金字塔三維納米結(jié)構(gòu)302之間的距離是指所述倒金字塔三維納米結(jié)構(gòu)的底面之間的距離，可為0納米 50納米。所述金屬層301沉積于所述倒金字塔形三維納米結(jié)構(gòu)302的表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)302之間基底300的表面。具體的，所述金屬層301為單層層狀結(jié)構(gòu)或多層層狀結(jié)構(gòu)。所述金屬層301基本均勻沉積于所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)302表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)302之間的基底300的表面。所述分子載體30的SERS增強(qiáng)因子理論值可為IO5 1015，本實(shí)施例中所述分子載體30的SERS增強(qiáng)因子約為108。圖12為本實(shí)施例中所述分子載體的三維納米結(jié)構(gòu)分別為半球狀、倒金字塔狀以及半橢球狀結(jié)構(gòu)時(shí)，用于檢測(cè)若丹明分子的拉曼光譜。請(qǐng)參閱圖13、圖14及圖15，本發(fā)明第四實(shí)施例提供一種用于單分子檢測(cè)的分子載體40，所述分子載體40包括一基底400、設(shè)置于基底400上的多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)402，以及設(shè)置于所述三維納米結(jié)構(gòu)402表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)402之間的基底400的金屬層401。 所述金屬層401附著于所述三維納米結(jié)構(gòu)402以及三維納米結(jié)構(gòu)402之間基底400的表面。 本發(fā)明第二實(shí)施例所述的分子載體40與第一實(shí)施例中所述分子載體10的結(jié)構(gòu)基本相同， 其不同在于，所述分子載體40中的三維納米結(jié)構(gòu)402為一階梯狀結(jié)構(gòu)。所述階梯狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基底400表面。所述階梯狀結(jié)構(gòu)為階梯狀凸起結(jié)構(gòu)。 所述階梯狀凸起結(jié)構(gòu)為從所述基底400表面向外延伸出的階梯狀突起的實(shí)體。所述階梯狀凸起結(jié)構(gòu)可以為一多層臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，如多層三棱臺(tái)、多層四棱臺(tái)、多層六棱臺(tái)或多層圓柱等。 優(yōu)選地，所述階梯狀凸起結(jié)構(gòu)為多層圓柱結(jié)構(gòu)。所述階梯狀凸起結(jié)構(gòu)的最大尺度為小于等于1000納米，即其長(zhǎng)度、寬度和高度均小于等于1000納米。優(yōu)選地，所述階梯狀凸起結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、寬度和高度范圍為10納米 500納米。本實(shí)施例中，所述三維納米結(jié)構(gòu)402為一階梯狀凸起的雙層圓柱結(jié)構(gòu)。具體地，所述三維納米結(jié)構(gòu)402包括一第一圓柱404以及一設(shè)置于該第一圓柱404表面的第二圓柱 406。所述第一圓柱404靠近基底400設(shè)置。所述第一圓柱404的側(cè)面垂直于基底400的表面。所述第二圓柱406的側(cè)面垂直于第一圓柱404的上表面，所述上表面是指所述第二圓柱406遠(yuǎn)離基底400的表面。所述第一圓柱404與第二圓柱406形成一階梯狀凸起結(jié)構(gòu)， 所述第二圓柱406設(shè)置在所述第一圓柱404的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述第一圓柱404與第二圓柱406同軸設(shè)置。所述第一圓柱404與第二圓柱406為一體結(jié)構(gòu)，即所述第二圓柱406 為第一圓柱404的頂面延伸出的圓柱狀結(jié)構(gòu)。所述第一圓柱404的底面直徑大于第二圓柱406的底面直徑。所述第一圓柱404 的底面直徑為30納米 1000納米，高度為50納米 1000納米。優(yōu)選地，所述第一圓柱 404的底面直徑為50納米 200納米，高度為100納米 500納米。所述第二圓柱406的底面直徑為10納米 500納米，高度為20納米 500納米。優(yōu)選地，所述第二圓柱406的底面直徑為20納米 200納米，高度為100納米 300納米。所述第一圓柱404以及第二圓柱406的尺寸可以根據(jù)實(shí)際需要制備。本實(shí)施例中，所述第一圓柱404與第二圓柱406同軸設(shè)置。所述第一圓柱404的底面直徑為380納米，高度為105納米。所述第二圓柱406 的底面直徑為280納米，高度為55納米。所述相鄰的第一圓柱404之間的距離為可為0納米 50納米；所述相鄰兩第二圓柱406之間的距離為10納米 100納米。所述雙層圓柱的三維納米結(jié)構(gòu)402的制備方法與第一實(shí)施例中所述三維納米結(jié)構(gòu)102的制備方法基本相同，其不同在于，采用反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)母板的表面進(jìn)行刻蝕的同時(shí)，對(duì)所述掩膜層進(jìn)行腐蝕。通過控制刻蝕時(shí)間與刻蝕方向，一方面，所述反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述單層納米微球之間的所述母板的表面進(jìn)行刻蝕，從而形成第一圓柱404;另一方面，所述反應(yīng)性刻蝕氣體同時(shí)對(duì)所述母板的表面上的單層納米微球進(jìn)行腐蝕，形成更小直徑的納米微球，即單層納米微球中的每一納米微球被刻蝕削減為比所述第一圓柱404直徑更小的納米微球，使所述反應(yīng)性刻蝕氣體可以對(duì)所述第一圓柱404進(jìn)行進(jìn)一步刻蝕，從而形成所述第二圓柱406，進(jìn)而形成所述多個(gè)階梯狀的三維納米結(jié)構(gòu)402。所述金屬層401沉積于所述三維納米結(jié)構(gòu)402的表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu) 402之間基底400的表面。具體的，所述金屬層401為由多個(gè)分散的納米金屬顆粒鋪展形成的單層層狀結(jié)構(gòu)或多層層狀結(jié)構(gòu)。所述納米金屬顆粒分散于所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)402表面以及相鄰的三維納米結(jié)構(gòu)402之間的基底400的表面。相對(duì)于第一實(shí)施例，本發(fā)明第二實(shí)施例提供的分子載體40，由于所述三維納米結(jié)構(gòu)402為一凸起的雙層圓柱結(jié)構(gòu)，相鄰的雙層圓柱結(jié)構(gòu)之間形成兩個(gè)距離不同的間隙 (Gap)，即相鄰的第一圓柱404之間形成一間隙，相鄰的第二圓柱406之間形成另一個(gè)間隙。 因此，當(dāng)所述分子載體用于單分子檢測(cè)時(shí)，在檢測(cè)器發(fā)出的激光的激發(fā)下，相鄰的第一圓柱 404之間間隙處的金屬層401產(chǎn)生表面等離子體激元共振，同時(shí)第二圓柱406之間間隙處的金屬層401產(chǎn)生等離子體激元共振，增強(qiáng)了金屬層表面的拉曼散射，因此可以進(jìn)一步的提高SERS增強(qiáng)因子，增強(qiáng)拉曼光譜，提高所述單分子檢測(cè)的分辨率，使得單分子檢測(cè)結(jié)果更加的準(zhǔn)確。請(qǐng)參閱圖16及圖17，本發(fā)明第五實(shí)施例提供一種用于單分子檢測(cè)的分子載體50， 所述分子載體50包括一基底500、設(shè)置于基底500上的多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502以及設(shè)置于所述三維納米結(jié)構(gòu)502表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)502之間的基底500的金屬層501。本發(fā)明第五實(shí)施例所述的分子載體50與第四實(shí)施例中所述分子載體50的結(jié)構(gòu)基本相同，其不同在于，所述分子載體50中的三維納米結(jié)構(gòu)502為一階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)。所述階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)為從基底500表面向基底500內(nèi)凹陷形成的階梯狀凹陷的空間。所述階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)可以為一多層臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，如多層三棱臺(tái)、多層四棱臺(tái)、多層六棱臺(tái)或多層圓柱等。優(yōu)選地，所述階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)為多層圓柱結(jié)構(gòu)。所謂階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)為多層圓柱結(jié)構(gòu)是指所述階梯狀凹陷的空間為多層圓柱形狀。所述階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)的最大尺度為小于等于1000納米，即其長(zhǎng)度、寬度和高度均小于等于1000納米。優(yōu)選地，所述階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、寬度和高度范圍為10納米 500納米。本實(shí)施例中，所述三維納米結(jié)構(gòu)502的形狀為一雙層圓柱結(jié)構(gòu)，所述圓柱結(jié)構(gòu)為一圓柱狀結(jié)構(gòu)空間，具體包括一第一圓柱空間504，以及一與所述第一圓柱空間504連通的第二圓柱空間506。所述第一圓柱空間504與第二圓柱空間506同軸設(shè)置。所述第一圓柱空間504靠近基底500的表面設(shè)置。所述第一圓柱空間504的直徑大于第二圓柱空間506 的直徑。所述第一圓柱空間504的直徑為30納米 1000納米，高度為50納米 1000納米。所述第二圓柱空間506的直徑為10納米 500納米，高度為20納米 500納米。所述第二圓柱空間506以及第二圓柱空間506的尺寸可以根據(jù)實(shí)際需要制備。所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502在所述基底500上的表面以陣列形式設(shè)置。所述以陣列形式設(shè)置指所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502可以按照簡(jiǎn)單立方排布、同心圓環(huán)排布或六角形密堆排布等方式排列，而且所述以陣列形式設(shè)置的多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502可以形成一個(gè)單一圖案或多個(gè)圖案。所述相鄰的兩個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502之間的距離相等。具體的，所述相鄰的第一圓柱空間504之間的距離為可為1納米 1000納米，優(yōu)選為10納米 50納米； 所述相鄰兩第二圓柱空間506之間的距離為15納米 900納米，優(yōu)選的為20納米 100 納米。所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502在所述基底500上的表面設(shè)置的形式以及相鄰的兩個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)502之間的距離可以根據(jù)實(shí)際需要制備。本實(shí)施例中，所述多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu) 502呈六角形密堆排布形成一單一正方形圖案。所述雙層圓柱狀空間的三維納米結(jié)構(gòu)502的制備方法與第四實(shí)施例中所述三維納米結(jié)構(gòu)402的制備方法基本相同，其不同在于，所述掩膜層為一具有多個(gè)開孔的連續(xù)膜。 所述反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)開孔中的基板的表面進(jìn)行刻蝕的同時(shí)，對(duì)所述掩膜層進(jìn)行腐蝕。一方面，所述反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述開孔的所述基板的表面進(jìn)行刻蝕，從而形成第一圓柱空間504 ；另一方面，所述反應(yīng)性刻蝕氣體同時(shí)對(duì)所述基板的表面上的掩膜層進(jìn)行腐蝕，使所述開孔變大，使所述反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述基板刻蝕范圍更大，從而形成所述第一圓柱空間504，最后在開孔對(duì)應(yīng)的位置制備得到階梯狀凹陷結(jié)構(gòu)?？梢岳斫?，通過控制反應(yīng)性刻蝕氣體的刻蝕時(shí)間可以控制三維納米結(jié)構(gòu)502間的間距，也可以控制三維納米結(jié)構(gòu)502中所述第一圓柱空間504以及第二圓柱空間506的尺寸。所述具有多個(gè)開孔的連續(xù)膜可以通過納米壓印、模板沉積等方式制備。本發(fā)明第五實(shí)施例提供的分子載體50與第四實(shí)施例所提供的分子載體40所起的作用基本相同。由于所述三維納米結(jié)構(gòu)502為一雙層圓柱狀空間，因此所述雙層圓柱狀空間具有兩個(gè)不同的間隙，即第一圓柱空間504形成一間隙，第二圓柱空間506形成另一個(gè)間隙。因此，當(dāng)所述分子載體用于單分子檢測(cè)時(shí)，在外界入射光電磁場(chǎng)的激發(fā)下，第一圓柱空間504中的金屬層產(chǎn)生表面等離子體激元共振，同時(shí)第二圓柱空間506的金屬層產(chǎn)生等離子體激元共振，增強(qiáng)拉曼散射，因此可以進(jìn)一步的提高SERS增強(qiáng)因子，提高所述單分子檢測(cè)的分辨率，使得單分子檢測(cè)結(jié)果更加的準(zhǔn)確。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單分子檢測(cè)方法，其主要包括以下步驟提供一分子載體，所述分子載體包括一基底，所述基底一表面設(shè)置有多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)，在所述三維納米結(jié)構(gòu)表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)之間的基底的表面形成有金屬層； 在所述金屬層遠(yuǎn)離基底的表面組裝待測(cè)物分子； 利用檢測(cè)器對(duì)組裝在基底上的所述待測(cè)物分子進(jìn)行檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述金屬層的厚度為2nm 200nm。
3.如權(quán)利要求1所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述分子載體的制備方法包括以下步驟提供一基底，所述基底具有一表面； 在所述基底的表面形成掩膜層；采用反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述基底的表面進(jìn)行刻蝕，在所述基底的表面形成三維納米結(jié)構(gòu)；以及去除所述掩膜層。
4.如權(quán)利要求1所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述在基底的表面形成掩膜層的方法為在所述基底的表面形成單層納米微球。
5.如權(quán)利要求4所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述在基底的表面形成單層納米微球的方法為提拉法或旋涂法。
6.如權(quán)利要求3所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述采用反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述基底的表面進(jìn)行刻蝕的步驟在一微波等離子體系統(tǒng)中進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求3所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述在所述基底的表面形成掩膜層的方法為在所述基底的表面形成具有多個(gè)開孔的連續(xù)膜。
8.如權(quán)利要求1所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述分子載體的制備方法包括以下步驟提供一基底，所述基底具有一表面； 在所述基底的表面形成掩膜層；采用反應(yīng)性刻蝕氣體對(duì)所述基底的表面進(jìn)行刻蝕的同時(shí)對(duì)所述掩膜層進(jìn)行腐蝕，在所述基底的表面形成多個(gè)階梯狀的三維納米結(jié)構(gòu)；以及去除所述掩膜層。
9.如權(quán)利要求1所述的單分子檢測(cè)方法，其特征在于，所述組裝待測(cè)物分子的制備方法為提供一待測(cè)物分子的溶液，將所述形成有金屬層的分子載體浸入待測(cè)物溶液中； 浸入一定時(shí)間后，將所述分子載體取出，然后用水或乙醇對(duì)所述分子載體進(jìn)行沖洗；以及對(duì)所述分子載體進(jìn)行干燥，將所述待測(cè)物分子組裝在金屬層表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單分子檢測(cè)方法，其主要包括以下步驟提供一分子載體，所述分子載體包括一基底，所述基底一表面設(shè)置有多個(gè)三維納米結(jié)構(gòu)，在所述三維納米結(jié)構(gòu)表面及相鄰三維納米結(jié)構(gòu)之間的基底的表面形成有金屬層；在所述金屬層遠(yuǎn)離基底的表面組裝待測(cè)物分子；利用檢測(cè)器對(duì)組裝在基底上的所述待測(cè)物分子進(jìn)行檢測(cè)。所述單分子檢測(cè)方法可以提高單分子檢測(cè)的分辨率及準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01N21/63GK102169088SQ20101061966
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張立輝, 朱振東, 李群慶, 陳墨 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司