CN103890567A - 用于过滤物种的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于过滤流体中的物种的装置包括具有第一侧和第二侧的本体、在所述第一侧附近定位在所述本体上的第一组纳米指状物、第二组纳米指状物，所述第二组纳米指状物定位在所述本体上并且与所述第一组纳米指状物相比更接近所述第二侧，其中，与所述第一组纳米指状物中的纳米指状物相比，所述第二组纳米指状物中的纳米指状物相对更密集地布置在所述本体上；所述装置还包括盖，所述盖定位在所述第一组纳米指状物和所述第二组纳米指状物上方以便与所述本体形成通道，所述第一组和第二组纳米指状物定位在所述通道内。

Description

用于过滤物种的装置
背景技术
通过被照射的材料的内部结构，拉曼散射光谱法采用放射频谱或者通过光子的非弹性散射所产生的其频谱成分。包含在响应信号(例如，拉曼信号)中的这些频谱成分将有助于确定分析物的物种（species）的材料特性(包括识别分析物)。
然而，拉曼信号水平或强度通常是通过使用拉曼活性材料(例如，拉曼活性表面)来明显地改善的。例如，与由溶液中或气相中的相同化合物生成的拉曼散射光相比，由吸附在几纳米的构造金属表面上或内的化合物(或离子)生成的拉曼散射光可以大出103-1012倍。这种分析化合物的过程被称为表面改善的拉曼频谱法(“SERS”)。近几年，SERS已作为用于研究分子结构以及表征界面和薄膜系统的常规和有力的工具出现，并且甚至允许单个分子检测。工程师、物理学家和化学家持续寻求用于执行SERS的系统和方法的改进。
附图说明
本公开的特征是通过示例示出的并且不限于下面的附图，其中类似附图标记指示类似的元件，附图中：
图1A根据本公开的示例示出了用于过滤流体中的物种的装置的等轴视图；
图1B根据本公开的示例示出了图1A所示装置沿着线A-A截取的横截面图；
图1C和1D根据本公开的两个示例分别示出了图1A中描绘的装置的俯视图；
图2根据本公开的示例示出了用于在感测操作中使用的感测装置的方框图；
图3根据本公开的示例示出了用于制作图1A中描绘的装置的方法的流程图；以及
图4根据本公开的示例示出了用于使用图1A-1D中描绘的装置来执行感测操作的方法的流程图。
具体实施方式
为了简要和说明目的，本公开是通过主要参照本公开的示例来描述的。在下面的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以在不限于这些具体细节的情况下实施本公开。在其他情况下，并没有详细地描述某些方法和结构，从而使本发明不会不必要地变得难于理解。
贯穿本公开，术语“一”旨在指代至少一个特定元件。如这里使用的，术语“包括”意指包括但不限于，并且术语“包含”意指包括但不限于。术语“基于”意指至少部分基于。另外，术语“光”涉及具有电磁频谱的可见和非可见部分(包括电磁频谱的红外和紫外部分)的波长的电磁辐射。
本发明公开了一种装置，所述装置用于过滤流体中的物种并在感测操作中使用。本发明还公开了一种用于制作所述装置的方法以及一种使用所述装置来执行感测操作的方法。所述装置包括具有第一侧和第二侧的本体、第一组纳米指状物和第二组纳米指状物，所述第一组纳米指状物在所述第一侧附近定位在所述本体上，所述第二组纳米指状物更接近于所述第二侧(与所述第一组纳米指状物相比较)定位在所述本体上，其中所述第二组纳米指状物中的纳米指状物以相对较高的密度水平(与所述第一组纳米指状物中的纳米指状物相比较)布置。所述装置还包括定位在所述第一组纳米指状物和所述第二组纳米指状物上方的盖，以便与所述本体形成通道，所述第一组和第二组纳米指状物定位在所述通道内。
根据示例，流体样品从第一侧通过装置100流动到第二侧。当流体样品流过所述装置时，流体样品中的较大尺寸物种(相比第一组纳米指状物之间的间隙尺寸)不能穿过第一组纳米指状物并且因此从流体样品的剩余部分过滤出来。同样，至少一些物种截留在第二组纳米指状物中，依此类推。流体样品的剩余部分因此已被过滤并且剩余物种是足够小的物种，以便穿过具有增加密度水平并且因此具有较小间隙的纳米指状物组中的每组。
所述装置还将在感测装置中使用，其中所述感测装置对由所述装置过滤的物种执行感测操作。在某些实施方式中，感测装置还执行感测操作(当所述物种包含在所述装置中时)，例如，通过在所述装置的至少一部分上执行感测操作。如在此后更详细描述的，感测装置包括一体化和便携的装置。这样一来，感测装置可用于在例如流体样品被收集的位置处执行对流体样品的感测操作。换句话说，本发明公开的感测装置允许将对流体样品执行的现场即时诊断(point-of-care diagnostics)。
根据示例，包含在装置100中的纳米指状物的至少一些包括拉曼活性材料纳米颗粒。如在此公开的多个具有拉曼活性材料纳米颗粒的纳米指状物的使用总体上改善了电磁场生成并且因此改善光从要被测试的物种的拉曼散射。换句话说，与仅设置在部件层上的拉曼活性材料纳米颗粒相比较，纳米指状物上紧密定位的拉曼活性材料纳米颗粒允许热点具有较大电场强度，因为例如纳米指状物的使用通过相邻纳米颗粒之间相对小的间隙(小于约10nm宽)来允许纳米颗粒的良好控制的布置的构成。
根据具体示例，本发明公开的装置和感测装置用作生物传感器。更尤其是，例如，所述装置用于过滤出相对较小量的血液样品中的物种。在该示例中，以相对较低密度水平布置的第一组纳米指状物能够从血液样品过滤出细胞，以便可以对血液样品的剩余部分执行感测操作。这样一来，本发明公开的装置能够替代相对较大和昂贵的离心机，所述离心机通常用于从血液样品过滤出细胞。
根据示例，首先参照图1A，其示出了用于过滤流体中的物种的装置100的等轴视图。装置100被描绘为包括本体102，所述本体102具有第一侧104和第二侧106。装置100还被描绘为包括多个纳米指状物110，所述多个纳米指状物110定位在本体102的表面上。盖130还被描绘为定位在纳米指状物110上方以便与本体102形成通道，纳米指状物110定位在其内。
如图1A所示，纳米指状物110沿着本体102的长度在独立组120、122中形成。更尤其是，纳米指状物110的第一组120定位成更接近于本体102的第一侧104并且纳米指状物110的第二组122定位成更接近于本体102的第二侧106。与第二组122中的纳米指状物110相比，第一组120中的纳米指状物110以相对较小密度地布置在本体102上。关于这点，与第二组122中纳米指状物110之间的间隙152相比，第一组120中纳米指状物110之间的间隙150相对较大。随着流体样品通过本体102的第一侧104被引入到装置100中(如通过箭头140指出的)，包含在流体样品中的相对较小物种能够穿过纳米指状物110的第一组120，而包含在流体样品中的相对较大物种被第一组120中的纳米指状物110截留。
如同样在图1A示出的，第一组和第二组120、122中的每组中的纳米指状物110包括拉曼活性材料纳米颗粒112。拉曼活性材料纳米颗粒112总体上允许感测操作，例如将对定位在纳米指状物110上或附近的物种执行的表面改善的拉曼频谱法(SERS)、改善的荧光、改善的照射等。感测操作是对物种执行的，以便检测流体样品中的分子。在一个示例中，感测操作是对纳米指状物110的第一组120上或附近的物种和/或纳米指状物110的第二组122上或附近的物种执行的。在其他示例中，感测操作是仅对纳米指状物110的第二组122上或附近的物种执行的。执行感测操作的各种方式是在此后更详细论述的。
盖130已经用虚线描绘以便指示所述盖由光学透明材料形成，所述光学透明材料是例如：玻璃、塑料材料(包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环烯烃共聚物(COC)、全氟聚醚(PFPE)、热固性聚酯(TPE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、二醇类改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚酰亚胺、SU-8等)或者这些材料的组合。盖130可以通过允许基本上流体密封粘合的任何适当附接机构(例如，热粘合物、粘合剂等)以及本体102和盖130附接到本体102。在其他示例中，盖130可移除地附接到本体102。在任何方面，盖130形成通道，流体样品通过所述通道被导向通过纳米指状物110。另外，盖130相对紧密接近于纳米指状物110间隔，从而基本上防止相对较大量的样品流体(相比允许穿过纳米指状物110的量)在纳米指状物110与盖130之间穿过。关于另一点，如此后更详细论述的，盖130允许光被导向到拉曼活性材料纳米颗粒112上，并且因此从流体样品的物种放射的拉曼散射光能够被导向离开装置100。
虽然本体102和盖130已被描绘为具有总体上矩形的横截面形状，但是本体102和盖130可具有其他横截面形状，例如圆形、三角形等。根据示例，装置100具有在大约10μm到大约20mm范围内的厚度，具有从大约1mm到大约200mm范围内的长度，并且具有从大约100μm到大约30mm范围内的宽度。在一个示例中，装置100具有足够大的尺寸，例如以便允许本体102与盖130之间形成的通道接收样品流体，并且因此所述样品流体流过装置100。另外，装置100具有足够小的尺寸，例如以便允许流体样品经由相互作用于流体样品上的毛细作用力来移动通过装置100。对于本体102的适当材料的示例包括硅、氮化硅、玻璃、纸、塑料、聚合物、SiO2、Al2O3、金、银、铜、铂、铝等，或者这些材料以合金形式的组合等。
如此后更详细描述的，纳米指状物110由相对柔性材料形成以便允许纳米指状物110可横向弯曲，例如从而允许纳米指状物110的末端朝向彼此移动。对于纳米指状物110的适当材料的示例包括聚合物材料(例如，UV可固化或热可固化的耐印物、聚亚烷基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、含氟聚合物等，或者它们的任意组合)、金属材料(例如，金、银、铝等)、半导体材料等，以及它们的组合。
纳米指状物110通过任何适当附接机构附接到本体102的表面。例如，纳米指状物110是通过各种适当纳米结构生长技术的使用直接地生长到本体102表面上的。作为另一个示例，纳米指状物110与本体102整体形成。在该示例中，例如，通过其制作本体102的材料的一部分被蚀刻或以其他方式处理以便形成纳米指状物110。在又一示例中，材料的独立层被粘附到本体102表面并且材料的独立层被蚀刻或以其他方式处理以便形成纳米指状物110。在各种其他示例中，纳米指状物110通过纳米印刻或凸印过程制作的，其中在聚合物母体上在多步骤印刻过程中采用了相对较硬支柱的模板从而形成纳米指状物110。还可以使用各种其他过程(例如，蚀刻以及用于微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)的制作的各种技术)来制作纳米指状物110
纳米指状物110被限定为例如具有某种长度(或高度)的长形纳米级结构，所述长度(或高度)超过在垂直于所述长度的平面截取的纳米级横截面尺寸(例如，宽度)几倍以上(例如，长度>3倍宽度)。总体而言，长度比宽度或横截面尺寸大很多以便帮助纳米指状物110横向地弯曲到一个或多个邻近纳米指状物110上。在某些示例中，长度超过横截面尺寸(或宽度)大约5或10倍的因数以上。例如，宽度可以为大约100纳米(nm)并且高度可以为大约500nm。在另一示例中，纳米指状物110的基部处的宽度可以在大约10nm与大约1微米(μm)之间的范围内，并且长度可以在大约50nm与2μm之间的范围内。在其他示例中，纳米指状物110的尺寸基于用于形成纳米指状物110的材料的类型来设定。因此，例如，用于形成纳米指状物110的材料越硬，可以允许纳米指状物110横向倒斜（collapse）的纳米指状物110的宽度越小。在又一些示例中，纳米指状物110可以形成脊，其中三个尺寸中的两个(例如，长度和高度)超过纳米级横截面尺寸(例如，宽度)几倍以上。纳米指状物110可以等同地被引述为纳米柱或纳米支柱。
纳米指状物110已描绘为具有基本上圆柱状的横截面。然而，应当理解的是，纳米指状物110可具有其他形状的横截面，例如矩形、方形、三角形等。另外，或者备选地，纳米指状物110可以形成为具有一个或多个特征(例如凹槽、凸出等)，以便基本上导致纳米指状物110倾向于在特定的方向上倒斜。因此，例如，两个或更多个相邻纳米指状物110可包括一个或多个特征，以便增加纳米指状物110朝向彼此倒斜的可能性。纳米指状物110可倒斜的各种方式在此后更详细地描述。
为了说明目的，装置100已被描绘为具有相对较少数量的纳米指状物110。在工作中，装置100可以包括在组120、122的每组中的相对大数量的纳米指状物110。例如，纳米指状物110的组120、122中的每组都可包括几百到几千个纳米指状物110。组120、122中的每组中纳米指状物110的数量以及它们的相对间隔可取决于装置100的期望应用。
纳米指状物110以基本上任意方式分布在表面上或者纳米指状物110以预定构造布置。可选择纳米指状物110在纳米指状物110的两个组120、122中的分布以过滤具有预定尺寸的物种。在两个示例中的任一个中，第一组120中的纳米指状物110相对于彼此以较大距离间隔(相比第二组122中的纳米指状物110)，并且因此，对于相同空间单元，第一组120中具有较少数量的纳米指状物110(相比第二组122中的纳米指状物)。另外，或者备选地，第一组120中的纳米指状物110比第二组122中的纳米指状物110相对更薄。在任何方面，根据示例，组120、122中的每组中的纳米指状物110相对于彼此布置，使得至少两个相邻纳米指状物110的末端当纳米指状物110处于弯曲状态时能够彼此接触。通过特定示例，组120、122中的每组中的相邻纳米指状物110被定位成在它们相应的基部处彼此间隔小于约100纳米。
如同样在图1A中示出的，拉曼活性材料纳米颗粒112被设置在纳米指状物110的末端上。拉曼活性材料纳米颗粒112包括金属(例如，金、银、铜、铂、铝等或者这些金属以合金形式的组合)或者能够支撑表面等离子以便实现拉曼散射的场改善的其他适当材料。另外，拉曼活性材料纳米颗粒112可以是多层结构，例如具有1到50nm的金的上覆层的10到100nm银层，或者反之亦然。通过本发明的定义，拉曼活性材料是一种材料，这种材料是在拉曼频谱法期间有助于来自定位在拉曼活性材料附近的样品的拉曼散射的材料。
虽然拉曼活性材料纳米颗粒112已被描绘为在组120、122中的每组中的所有纳米指状物110上形成，但是应当理解的是，拉曼活性材料纳米颗粒112可以具有各种备选实施方式。在一个示例中，拉曼活性材料纳米颗粒112在纳米指状物110的基本上整个高度上形成。另外或备选地，拉曼活性材料纳米颗粒112在选定的纳米指状物110上形成。因此，在一个示例中，拉曼活性材料纳米颗粒112在第二组112中的纳米指状物110上形成，而拉曼活性材料纳米颗粒112在第一组120中的纳米指状物110上不被形成。
根据示例，现在参照图1B，其示出了装置100的沿着图1A所示的线A-A截取的横截面图。另外，纳米指状物110的自由端116在放大图114被放大，这揭露了拉曼活性材料纳米颗粒112被设置在纳米指状物110的末端或自由端116附近的外表面上。其他纳米指状物110也包括拉曼活性纳米颗粒112(如通过纳米指状物110的顶部或自由端116上的圆圈表示的)。虽然放大图114将拉曼活性材料纳米颗粒112描绘为覆盖纳米指状物110的整个末端116，但是应当理解的是，装置100的示例可以实施为在某些纳米颗粒112之间具有间隙。还应当指出，装置100的示例不限于恰好设置在纳米指状物110的末端上的纳米颗粒112。在其他示例中，纳米颗粒112设置在纳米指状物110整个表面的一部分上或者设置在纳米指状物110的几乎整个表面上。
在任何方面，拉曼活性材料纳米颗粒112通过例如金属材料的物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射等或者通过预合成的纳米颗粒的自集合来沉积在纳米指状物110的至少自由端116上。通过示例，纳米颗粒112沉积在纳米指状物110的自由第二侧116上的角度是受控的，从而基本上控制纳米颗粒112的沉积。
另外，拉曼活性材料纳米颗粒112可以是改善拉曼散射和帮助分析物吸附中的一者或两者。例如，拉曼活性材料纳米颗粒112包括某种拉曼活性材料，所述拉曼活性材料例如但不限于具有纳米级表面粗糙度的金(Au)、银(Ag)和铜(Cu)。纳米级表面粗糙度的特征总体上在于层的表面上的纳米级表面特征，并且可以在拉曼活性材料层的沉积期间自发地产生。通过本发明的定义，拉曼活性材料是某种材料，所述材料有助于在拉曼频谱法期间的拉曼散射以及从分析物(吸附在表面层之上或之中)或者所述材料的拉曼信号产生或放射。
虽然纳米指状物110已经在图1A-1B中被描绘为每个都相对于彼此以相同高度延伸，但是应当理解的是，纳米指状物110中的一些或全部可以相对于彼此以各种角度和高度延伸。纳米指状物110之间角度和/或高度的差可以基于例如某种差，所述差源于纳米指状物110的制作以及纳米指状物110上纳米颗粒112的沉积等中存在的制造或生长差异。
如同样在图1B示出的，纳米指状物110被描绘为在某种位置，在所述位置纳米指状物110中的一些的自由端116基本上彼此接触。根据示例，纳米指状物110被制作成基本上竖直延伸。在该示例中，纳米指状物110被定位成具有间隙(其具有足够小的尺寸)，以便允许纳米指状物110中的至少一些的自由端116通过例如当液体变干时施加到自由端116上的毛细作用力朝向彼此移动(随着被引入到间隙的液体蒸发)。另外，由于在自由端116之间的间隙中的液体的蒸发期间和其之后施加到自由端116(拉曼活性材料纳米颗粒112)上的毛细作用力，纳米指状物110中的一些的自由端116可以基本彼此接触或者可以保持基本彼此接触达一段时间。在其他示例中，纳米指状物110中的一些的自由端116可以通过例如自由端116上静电电荷的移除而保持在第二位置。在那些示例中，纳米指状物110可以制作成通常具有图1B描绘的第二位置并且可以在静电电荷被施加到纳米指状物110的自由端116上时基本上竖直延伸。
在任何事件中，并且在一个方面，使得纳米指状物110的自由端116彼此接触从而形成具有相对大的电场强度的“热点”。换句话说，相邻纳米指状物110上的拉曼活性材料纳米颗粒112的相对较大的面积基本上增加了可以从拉曼活性材料纳米颗粒112获得的电场强度。
现在参照图1C和1D，根据两个示例分别示出了装置100的两个俯视图。在图1C和1D中，为了清楚起见没有示出盖130。另外，图1C和1D两者中的装置100被描绘为包括纳米指状物110的第三组124，所述第三组124定位在纳米指状物110的第一组120与第二组122之间。第三组124中的纳米指状物110被描绘为比第一组120中的纳米指状物110相对更密集地布置在本体102上，但是与第二组122中的纳米指状物110相比是相对不那么密集的。虽然没有示出，但是装置100还可包括纳米指状物110的附加的组，所述附加的组具有从装置100的第一侧104移动到装置100的第二侧106的不断增加水平的密度。
在图1C中，装置100被描绘为具有削锥或漏斗形结构，其中第一侧104比第二侧106相对更大。由本体102和盖130形成的通道的尺寸因此从第一侧104的开口处到第二侧106的开口处逐渐地减小。然而，备选地，装置100可具有不同构造，例如较大的中央区段、较大的端部区段、圆的中央区段等。
在图1D中，装置100被描绘为具有壁160，所述壁160形成腔室162和164。壁160从本体102的表面延伸到盖130，从而将腔室162与164彼此划分开。关于这点，穿过纳米指状物110的第一组120和第三组124的流体样品的物种可被捕获在第二组122中纳米指状物110上。流体样品的附加物种也可以穿过纳米指状物110的第二组122并且流出装置100。根据示例，第一腔室162中的纳米指状物110具有与第二腔室162中的纳米指状物110不同的功能。例如，包含在第一腔室162中的纳米指状物110上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112被功能化以与第一类型的颗粒结合，并且包含在第二腔室162中的纳米指状物110上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112被功能化以与第二类型的颗粒结合。这样一来，第一腔室162中的纳米指状物110被功能化以与第二腔室164中的纳米指状物110不同类型的物种结合。
虽然图1D中的装置100已被描绘为具有两个腔室162和164，但是应当理解的是，在不偏离装置100的范围的情况下，装置100可包括任何数量的腔室。关于这点，装置100可包括任何数量的拉曼活性材料纳米颗粒112的子组，所述拉曼活性材料纳米颗粒112的子组被功能化以通过各种不同方式例如与不同类型的物种结合。作为另一示例，在保持第二组122中的纳米指状物110的子组上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112的子组之间的不同功能的同时，壁160还可以被移除。作为又一示例，与第二组122中的纳米指状物110上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112相比较，第一和/或第三组120、124中的纳米指状物110上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112可以具有不同的功能。作为再一示例，第一组120中的纳米指状物110上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112的子组可以相对于彼此具有不同功能。同样，第三组124中的纳米指状物110上形成的拉曼活性材料纳米颗粒112的子组可以相对于彼此具有不同功能。
根据示例，现参照图2，其示出了在感测操作中使用的感测装置200的方框图。如图2所示，感测装置200包括图1A-1D中描绘的装置100。关于这点，感测装置200将在待测试的物种220被聚集到纳米指状物110上之后被使用。换句话说，在包含物种220的流体样品的过滤之后，感测装置200将执行对拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220执行感测操作。关于这点，图2中描绘的装置100的一部分包括纳米指状物110的第二组122的区段。然而，备选地，装置100在图2中的描绘可以是装置100的其他区段。
感测装置200还可被描绘为包括照射源202和检测器204。待检测的物种220还被描绘为定位成接触并且紧密接近拉曼活性材料纳米颗粒112。根据示例，装置100和照射源202以及检测器204的相对位置将被修改，从而允许对装置100的各种位置执行测试。在该示例中，装置100可以相对于感测装置200移动，感测装置200可以相对于装置100移动，或者两者都可以。
照射源202被描绘为放射电磁辐射，如通过箭头206表示的，这包括例如光通过盖130并且到拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220上。在其他示例中，盖130在拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220的照射之前被移除。在任何方面，并且通过示例，照射源202包括照射物质210和拉曼活性材料纳米颗粒112的激光器。对拉曼活性材料纳米颗粒112的照射导致相对较大电场强度的热点出现。热点在拉曼活性材料纳米颗粒112彼此接触的位置处增加。在拉曼活性材料纳米颗粒112之间的接触位置处生成的电场总体上改善了由定位在接触位置处或附近的物种220散射拉曼光的比率。拉曼散射光(它是由箭头208表示)以某一量频移，所述量是物种220的特定振动模式的表征。检测器204将收集拉曼散射光208，并且对拉曼散射光208执行频谱分析。
定位成接近或邻近物种220的拉曼活性材料纳米颗粒112将通过汇聚或以其他方式改善物种220中或周围的电磁场来改善来自物种220的拉曼散射光208的产生。关于这点，物种220将产生被检测器204检测到并被处理的足够强的拉曼散射光208的可能性由此也会增加。
虽然拉曼散射光208已被描绘为朝向检测器204导向，但是拉曼散射光208在多个方向上放射。关于这点，拉曼散射光208中的一些可被导向到本体202中，所述本体202在一个示例中包括光波导。更尤其是，例如，因为物种220耦合到波导模的渐逝场，拉曼散射光208可以在本体102中生成。在这些示例中，检测器204可以定位成检测由拉曼散射光208在本体102中生成的波。在任何方面，检测器204可包括滤光器以便例如通过基于光栅的单色仪或干涉滤光器的使用来过滤出源于照射源202的光。检测器204可以备选地相对于纳米指状物110定位在其他位置处，例如在图2中本体102的下方。
在任何方面，检测器204总体上将从物种220放射的拉曼散射光208转化成电信号。在某些示例中，检测器204将该电信号输出到将处理电信号的其他部件(未示出)，例如计算装置。在其他示例中，检测器204配备有处理能力。
根据示例，照射源202、检测器204以及感测装置200在此没有示出的其他部件(例如，CPU、功率源、电池、用户接口等)包含在壳体230内。在该示例中，感测装置200可在实验室环境外使用，并且因此，将被用在例如获得样品流体的位置处。
在另外的示例中，装置100被可移除地插入到感测装置200中。在这些示例中，装置100可包括一次性使用单元，而感测装置200可多次地重新使用，以便对含有不同样品的装置100执行感测操作。
根据示例，现参照图3，其示出了用于制作装置100(其用于过滤流体中的物种)的方法300的流程图。应当理解的是，方法300可包括附加的过程，并且，在不偏离方法300的范围的情况下，本发明描述的过程中的一些过程可被移除和/或修改。
在方框302处，纳米指状物110的组120、122在本体102上形成，其中这些组120、122中的每组中的纳米指状物110相对于其他组120、122中的纳米指状物110以不同密度水平布置。根据示例，密度水平将从本体102的一侧104到本体102的另一侧106逐渐增加，从而随着流体从一侧流动到另一侧而逐渐过滤较小物种。
在任何方面，并且根据示例，实施纳米印刻技术或卷对卷过程(roll-to-roll process)以便在本体102的表面上形成纳米指状物110。在该示例中，模板可以通过照相平版印刷或者其他先进的平板印刷来形成为具有期望的布图，从而将纳米指状物110布置成预定布置。更尤其是，例如，期望的图案可以通过电子束平版印刷、照相平版印刷、激光干涉平版印刷、聚焦离子束(FIB)、球体自集合等技术在模具上设计。另外，图案可被转移到例如硅、玻璃或聚合物基体(PDMS、聚酰亚胺、聚碳酸酯等)上。在其他示例中，纳米指状物110可以通过任何适当制作过程的实施而以预定或基本上任意的布置来形成。另外，纳米指状物110可以通过如上面论述的任何适当附接机构来设置在本体102的表面上。
在方框304处，拉曼活性材料纳米颗粒112附接到纳米指状物110中的至少一些。更尤其是，拉曼活性材料纳米颗粒112附接到如上面参照图1B论述的纳米指状物110中的至少一些。拉曼活性材料纳米颗粒112的原子或原子簇可以通过例如金属材料的物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射等或者通过预合成的纳米颗粒的自集合来沉积到选定的纳米指状物110上。
在方框306处，使纳米指状物110将朝向彼此倒斜，从而使得纳米指状物110的末端基本上彼此接触。根据示例，纳米指状物110一开始在第一位置，在该第一位置纳米指状物110的末端相对于彼此基本上间隔布置。另外，纳米指状物110的末端之间的间隙具有足够大的尺寸以便液体能够供应到所述间隙中。此外，所述间隙具有足够小的尺寸以便纳米指状物110的末端能够通过例如当液体变干时施加到所述末端上的毛细作用力而随着液体的蒸发而朝向彼此移动。其他非限制性示例(例如，电子束、离子束、磁、机械力、热效应或者电荷效应)也可以采用或者作为替代，从而使纳米指状物110的末端朝向彼此移动。在任何方面，拉曼活性材料纳米颗粒112可以彼此接触，并且通过例如那些接触的纳米颗粒112之间的范德华相互作用来保持彼此接触。
在方框308，纳米指状物110被覆盖以盖130，其中所述盖130与基部102形成通道，纳米指状物110定位在所述通道内。根据示例，盖130包括预制的基本U形结构，并且盖130的脚以如上面论述的任何适当方式附接到基部102的表面。
根据示例，现转向图4，其示出了使用图1A-1D中描绘的装置100来执行感测操作的方法400的流程图。应当理解的是，方法400可以包括附加的过程，并且，在不偏离方法400的范围的情况下，本发明描述的过程中的一些过程可被移除和/或修改。
在方框402，含有多种尺寸的物种的样品被引入到装置100中。更尤其是，例如，流体样品被引入到装置102的第一侧104中。另外，使流体样品移动穿过装置100，同时通过纳米指状物110过滤。更尤其是，流体样品中尺寸相对较小的物种能够流过第一组120中的纳米指状物110之间的间隙150，而尺寸相对较大的物种220被截留在间隙150中。在某些实施方式中，因为作用在流体样品上的毛细作用力，流体样品移动穿过装置100。在其他实施方式中，例如通过使用微流量泵、压电装置等，迫使流体样品穿过装置102。
在方框404，纳米指状物110的第一组120和第二组122中的至少一组中的拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220例如通过照射源202被照射。在一个示例中，照射源202将光206导向成穿过盖130并且导向到拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220上。在另一示例中，盖130在拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220的照射之前被移除。在该示例中，感测装置200可以配备有某种机构(未示出)，所述机构用于在基本上不损坏纳米指状物的情况下移除盖130。在任何方面，对拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220的照射导致拉曼散射光将通过物种220放射。
在方框406，从定位成紧密接近于拉曼活性材料纳米颗粒112的物种220放射的拉曼散射光是例如通过检测器204检测的。此外，检测器204可以生成对应于拉曼散射光的电信号，所述电信号可用于检测物种220的至少一个特性。
根据示例，方法400在装置100的不同区段被重复。在该示例中，定位在纳米指状物110的第二组122的不同子组中的拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220是在方法400的不同迭代期间被测试的。另外，或备选地，定位在纳米指状物110的不同组120、124中的拉曼活性材料纳米颗粒112和物种220是在方法400的不同迭代期间被测试的。如又一示例，装置100可被移除并且被替换以另一的装置100，并且方法400可以在新的装置100上执行。
虽然贯穿本公开的全部内容具体地予以描述，但是本公开的代表性示例在很大的应用范围内具有用途，并且上面的论述将不会并且不应被解释为限制，而是作为对本公开的各个方面的说明性论述提供的。
本发明已经描述和示出的是示例以及它们的某些变型。本发明使用的术语、描述和附图是仅通过例示给出的并且将不会意指构成限制。许多变型在主题事项的精神和范围内都是可能的，所述主题事项旨在通过随后的权利要求书以及它们的等同体(其中，除非另外指示，所有术语都意指它们最广义的合理含义)来限定。

Claims (15)

1. 一种用于过滤流体中的物种的装置，所述装置包括：
具有第一侧和第二侧的本体；
第一组纳米指状物，所述第一组纳米指状物在所述第一侧附近定位在所述本体上；
第二组纳米指状物，所述第二组纳米指状物定位在所述本体上并且与所述第一组纳米指状物相比更接近所述第二侧，其中，与所述第一组纳米指状物中的纳米指状物相比，所述第二组纳米指状物中的纳米指状物相对更密集地布置在所述本体上；以及
盖，所述盖定位跨过所述第一组纳米指状物和所述第二组纳米指状物以便与所述本体形成通道，第一和第二组纳米指状物定位在所述通道内。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，在所述第一组和第二组中的纳米指状物由柔性材料构成，并且其中，所述纳米指状物朝向彼此倒斜，以使得所述第一组中的多个纳米指状物基本上与所述第一组中的纳米指状物的相邻者接触并且所述第二组中的多个纳米指状物基本上与所述第二组中的纳米指状物的相邻者接触。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，满足下列项中的至少一项：
与跨过相同空间单元的所述第二组纳米指状物相比，所述第一组纳米指状物每空间单元包括较少量的纳米指状物；以及
与所述第二组中的纳米指状物相比，所述第一组纳米指状物包括相对较薄的纳米指状物。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二组纳米指状物包括纳米指状物的多个子组，并且其中，纳米指状物的所述子组中的至少两个子组彼此不同地被功能化。
5. 根据权利要求4所述的装置，还包括：
多个腔室，其中，不同地被功能化的纳米指状物的子组被定位在所述多个腔室中的相应腔室中。
6. 根据权利要求1所述的装置，还包括：
第三组纳米指状物，所述第三组纳米指状物在所述第一组与所述第二组纳米指状物之间定位在所述本体上，其中，所述第三组纳米指状物被布置在所述本体上以具有一种密度水平，所述一种密度水平在所述第一组纳米指状物和所述第二组纳米指状物的密度水平之间。
7. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述结构随着所述结构从所述本体的第一侧延伸到所述本体的所述第二侧而削锥。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一组纳米指状物和所述第二组纳米指状物布置在所述本体上以导致在相应的第一和第二组纳米指状物中的纳米指状物之间的间隙具有基本上预定的尺寸。
9. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述盖是由光学透明材料形成的。
10. 根据权利要求1所述的装置，还包括：
拉曼活性材料纳米颗粒，所述拉曼活性材料纳米颗粒附接到所述第一组纳米指状物和所述第二组纳米指状物中的至少一组。
11. 一种对权利要求10的装置执行感测应用的感测装置，所述感测装置包括：
照射源，所述照射源用以照射所述拉曼活性材料纳米颗粒和所述流体的物种；以及
检测器，所述检测器定位成检测从紧密接近于所述拉曼活性材料纳米颗粒而定位的物种所放射的拉曼散射光。
12. 根据权利要求11所述的感测装置，其中，所述装置与所述照射源和所述检测器一体化。
13. 一种用于制作根据权利要求10所述的装置的方法，所述方法包括：
将所述第一组和所述第二组纳米指状物形成在所述本体上以具有相对于彼此不同的密度水平；
将所述拉曼活性材料纳米颗粒附接到所述第一组和所述第二组纳米指状物中的至少一组的纳米指状物上；
使所述纳米指状物朝向所述纳米指状物中的相邻者的倒斜；以及
用所述盖覆盖所述第一组和所述第二组纳米指状物。
14. 一种用于使用权利要求10的装置来执行感测操作的方法，所述方法包括：
将样品引入到所述装置中，所述样品含有待测试的多种尺寸的物种，其中，使所述样品从所述本体的第一侧朝向所述本体的第二侧流动，并且其中，所述样品中相对较小尺寸的物种能够流动通过所述第一组纳米指状物，而相对较大尺寸的物种被截留在所述第一组纳米指状物之间的间隙中；
照射在所述第一组和所述第二组纳米指状物中的至少一组上的所述拉曼活性材料纳米颗粒和所述物种；以及
检测从紧密接近于所述拉曼活性材料纳米颗粒而定位的物种所放射的拉曼散射光。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括在照射所述拉曼活性材料纳米颗粒和所述物种之前将所述盖移除。
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