CN104011520B - 具有可破坏盖的供在传感应用中使用的设备 - Google Patents
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Abstract
供在传感应用中使用的设备包括具有包含开口的腔的主体。该设备还包括位于腔中的多个纳米指和覆盖腔中的开口以保护所述多个纳米指的可破坏盖，其中，所述可破坏盖将被破坏以使得能够接近所述多个纳米指。
Description
背景技术
拉曼散射光谱采用通过光子被正被照明的材料的内部结构非弹性散射而产生的发射光谱或其谱分量。包含在响应信号（例如，拉曼信号）中的这些谱分量将便于确定分析物种类的材料特性，包括识别分析物。
然而，通过使用拉曼活性材料（例如，拉曼活性表面）常常显著地增强拉曼信号水平或强度。例如，由被吸收在数纳米的结构化金属表面上或内的化合物（或离子）产生的拉曼散射光可以是由溶液中或气相中的相同化合物产生的拉曼散射光的103—1012倍。分析化合物的此过程称为表面增强的拉曼光谱（“SERS”）。近年来，SERS已作为用于研究分子结构和表征界面和薄膜系统的例行且强大的工具而出现，并且甚至使得能够实现单分子检测。工程师、物理学家以及化学家继续寻找用于执行SERS的系统和方法的改进。
附图说明
在以下一幅或多幅附图中以示例的方式举例说明本公开的特征且本公开的特征并不限于以下的一幅或多幅附图中，在附图中相同的数字指示相同元件，并且在所述附图中：
图1A和1B分别地示出了根据本公开的两个示例的供在传感应用中使用的设备的侧视图；
图1C示出了根据本公开的示例的图1A中描绘的设备的阵列的顶视图；
图2A示出了根据本公开的示例的供在传感应用中使用的纳米指（nano-fingers）阵列的等距视图；以及
图2B和2C示出了根据本公开的示例的图2A中所示的阵列的沿着线A-A的截面图；
图3示出了根据本公开的示例的供在传感应用中使用的传感设备的框图；
图4示出了根据本公开的示例的用于制造图1A和1B中的一个中描绘的设备的方法的流程图；以及
图5示出了根据公开的示例的用于使用在图1A和1B中的一个中描绘的设备来执行传感应用的方法的流程图。
具体实施方式
出于简化和说明性目的，通过主要参考其示例来描述本公开。在以下描述中，阐述了许多特定细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以在不限于这些特定细节的情况下实施本公开。在其他实例中，未详细地描述某些方法和结构，以免不必要地使本公开含糊难懂。
遍及本公开，术语“一”和“一个”意图表示特定元件中的至少一个。如本文所使用的术语“包括”意指包括但不限于，术语“包含”意指包含但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。另外，术语“光”指的是具有在电磁光谱的可见和不可见部分（包括电磁光谱的红外线和紫外线部分）中的波长的电磁辐射。
本文中公开的是供在诸如SERS、增强的发光、增强的荧光等的传感应用中使用的设备。在本文中还公开的是一种用于制造该设备的方法和一种用于使用该设备来执行传感应用的方法。该设备包括具有包含开口的腔的主体、位于该腔中的多个纳米指、以及覆盖腔中的开口的可破坏盖。该可破坏盖将例如在其制造之后保护纳米指。在一个方面，可破坏盖将被破坏以使得能够接近所述多个纳米指。在一个示例中，可破坏盖将在被引入到特定介质中时溶解，所述特定介质诸如是包含要测试物质的介质。在这方面，纳米指在其制造之后受到保护，直至诸如将向纳米指上引入要测试物质这样的时间为止。
根据示例，在设备处于相对清洁的环境中的同时，可破坏盖被附着在包含纳米指的腔上方。换言之，可破坏盖在污染物很可能被引入到纳米指上且更特别地引入到附着于纳米指的拉曼活性材料纳米颗粒上之前将腔闭合。可破坏盖还实质上保护纳米指免受例如可能在设备的装运或设备的其他搬运期间发生的物理损伤。此外，根据各种示例，纳米指和可破坏盖之间的腔中的间隙填充有填充材料，其防止拉曼活性材料纳米颗粒发生实质上的任何不期望的物理或化学变化。在任何方面，可破坏盖将保护拉曼活性材料纳米颗粒免受来自空气的污染或降低用于传感应用的拉曼活性材料纳米颗粒的性能的其他可能机制。这延长了设备的储藏寿命以及增强其可靠性。
使用如本文公开的具有附着于多个纳米指的尖端的拉曼活性材料纳米颗粒的多个纳米指通常增强电磁场生成和因此的来自要测试物质的光的拉曼散射。换言之，纳米指上的紧密定位的纳米颗粒使得热点能够具有与已被简单地放置在部件层上的拉曼活性材料纳米颗粒相比较大的电场强度，因为例如使用纳米指使得能够形成在相邻纳米颗粒之间具有相对小（小于约10nm宽）的间隙的纳米颗粒的被很好地控制的布置。
图1A和1B分别地示出了根据两个示例的供在传感应用中使用的设备100、100'的截面侧视图。设备100、100'中的每一个包括主体102、腔104、可破坏盖106以及多个纳米指110。应理解的是，图1A和1B中描绘的设备100、100'可包括附加元件，并且在不背离设备100、100'的范围的情况下可去除和/或修改本文所述的某些元件。还应理解的是，图1A和1B中所描绘的元件并未按比例绘制，并且因此元件可相对于彼此具有与其中所示的不同的相对尺寸。
根据示例，传感应用（针对其将使用设备100、100'）包括表面增强的拉曼光谱（SERS）、增强的发光、增强的荧光等。在本示例中，在执行传感应用中将使用设备100、100'来以相对高的灵敏度水平检测分析物样本中的分子。更特别地，设备100、100'中的每个包括多个纳米指110，其包括将在其上面执行SERS的拉曼活性材料纳米颗粒（在图1A和1B中未标记）。下面在本文中相对于图2A—2C来更详细地讨论纳米指110和拉曼活性材料纳米颗粒，并且下面在本文中相对于图3来更详细地讨论用于执行SERS的传感设备。
同样如图1A和1B中所示，可破坏盖106覆盖腔104中的开口。虽然在图1A和1B中未明确地示出，但腔104和可破坏盖106形成其中容纳纳米指110的外壳。因此基本上保护了纳米指110免受外部环境所害。换言之，保护纳米指110和更特别地在纳米指110的尖端上形成的拉曼活性材料纳米颗粒免受包括湿气、空气、污染物等的各种元素所害。另外，主体102和可破坏盖106基本上保护纳米指110免受物理损坏。此外，当到了将要测试的物质施加在拉曼活性材料纳米颗粒上的时候，可破坏盖106被破坏。下面在本文中更详细地讨论将破坏可破坏盖106的各种方式。
在两个设备100、100'中，主体102具有任何适当的截面形状，诸如圆形、矩形、三角形等，并具有在约50μm至约10mm范围内的厚度以及至少在毫米范围内的宽度和长度。在一个示例中，主体102具有足够大的尺寸（例如基于用来形成主体102的材料类型）以保持在用户的手指之间。换言之，设备100、100'的尺寸被确定为充当测试条。用于主体102的适当材料的示例包括纸、硅、氮化硅、玻璃、塑料、聚合物、SiO2、Al2O3、铝等或这些材料的组合等。
在图1A中，将腔104描绘为在主体102内形成。可通过各种制造技术在主体102中形成腔104。例如，将腔104成型到主体102中，从主体102切出等。作为另一示例，腔104包括附着于主体102的单独区段。
在图1B中，将腔104描绘为通过至少一个支撑壁108在主体102的顶面上形成。该至少一个支撑壁108以任何适当的截面配置形成以形成腔104。根据示例，该至少一个支撑壁108由与主体102相同的材料形成。然而，替换地，支撑壁108由与主体102的材料不同的材料形成。在任何方面，例如，该至少一个支撑壁108由纸、硅、氮化硅、玻璃、塑料、聚合物、SiO2、Al2O3、铝等或这些材料的组合等形成。
另外，虽然已将腔104描绘为位于主体内或上面，但还应清楚地理解的是，在其他示例中，腔104被部分地形成在主体102内和/或位于主体102下面。
在上述每个示例中，将腔104中的开口描绘为被相应的可破坏盖106覆盖。可破坏盖106在正常环境条件（例如温度、光等）下将是稳定的。根据示例，将通过施加机械力来破坏可破坏盖106。因此，例如，可破坏盖106由诸如薄片玻璃之类的相对脆性材料或其他相对容易破坏的材料形成。在本示例中，将向设备100、100'上施加诸如弯曲、扭绞或其他力之类的机械力以破坏可破坏盖106，因此使纳米指110暴露。
根据另一示例，当可破坏盖106经受各种条件时，可破坏盖106将在预定时间长度内溶解。所述各种条件包括被浸没于某些流体中或以其他方式与某些流体进行接触。在这方面，可破坏盖106由被设计成和/或已知将在所述预定时间长度内溶解在某些流体（诸如，例如糖、蜡等）中的材料形成。举例来说，某个流体包括水且可破坏盖106包括水溶性材料，诸如水溶性聚合物、自然发生或合成的聚合物、多糖、聚环氧乙烷等。作为另一示例，某个流体包括汽油且可破坏盖106包括可溶于汽油中的材料。用于可破坏盖106的材料的示例包括例如油溶性材料，诸如聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺等的同聚物或杂聚物。另外，所述预定时间长度可例如为约一分钟、约10分钟、约一个小时、约一天等。该预定时间长度可小于约1年、一个月、一个星期等。
根据特定示例，可破坏盖106由被设计成和/或已知将溶解在包含拉曼活性材料纳米颗粒上的要测试的物质的流体中的材料形成。举例来说，要测试的物质包括汽油或类似于汽油的燃料产品，并且将对纳米指110周围的汽油分子执行传感应用以测试燃料产品中的特定标记。例如，将执行传感应用以检测辛烷水平、杂质、污染物等中的至少一个。因此，在各种方面，使可破坏盖106与要测试的特定物质匹配，从而使得拉曼活性材料纳米颗粒被保持在保护性容器内直至要测试的物质准备好施加于拉曼活性材料纳米颗粒上的时间为止。
根据另一特定示例，可破坏盖106也至少由不会显著地影响对拉曼活性材料纳米颗粒执行的传感应用的材料组成。换言之，在本示例中，例如当可破坏盖106被浸没在要测试的物质中时，可破坏盖106由基本上不影响要测试的物质的（一种或多种）材料组成。更特别地，例如，可破坏盖106由相对于要测试的物质而言为惰性的（一种或多种）材料组成。
如图1A和1B中所示，可破坏盖106与纳米指110的顶部间隔开。在各种示例中，在纳米指110与可破坏盖106之间形成的间隙填充有填充材料，该填充材料与纳米指110且更特别地与在纳米指110的尖端上形成的拉曼活性材料纳米颗粒基本上不相互作用。在这方面，例如，腔104中的间隙填充有填充材料，该填充材料基本上防止拉曼活性材料纳米颗粒发生不期望的物理或化学变化。举例来说，填充材料包括惰性气体，诸如N2、Ar、干空气等。
在替换示例中，主体102包括包含纳米指110的多个腔104和/或腔104中的多个开口。在一个示例中，多个可破坏盖106被定位成覆盖多个腔104和/或腔104的开口。在其他示例中，单个可破坏盖106被定位成覆盖多个腔104和/或腔104的开口。
现在转到图1C，其中示出了根据示例的在图1A中描绘的设备100的阵列150的顶视图。在一个示例中，每个设备100可从阵列150去除以供单独使用。根据另一示例，所述多个设备100中的不同设备上的多个可破坏盖106中的两个可破坏盖由不同材料形成。在本示例中，可以将阵列150插入不同物质中，使得所述多个可破坏盖106中的不同可破坏盖溶解于不同物质的每个中。可采用图1B中所描绘的设备100'中的多个设备形成类似类型的阵列。
现在转到图2A，其中示出了根据示例的供在传感应用中使用的纳米指110的阵列200的等距视图。如图2A中所示，阵列200包括纳米指110在其上面延伸的基板202。更特别地，将纳米指104描绘为被附着于基板202的表面并在其上面延伸。根据示例，基板202包括主体102的一部分。在本示例中，基板202包括主体102上的腔104的底部。根据另一示例，基板202包括与主体102分离的部件。在本示例中，基板202包括底座，在其上面形成纳米指110且其将被定位并附着到腔104内的主体102。另外，基板202可由上文针对主体102所讨论的任何材料形成。
根据示例，纳米指110由相对柔性材料形成，以使得纳米指110能够可横向弯曲，例如以使得纳米指110的尖端能够朝着彼此移动，如下面在本文中更详细地讨论的那样。用于纳米指110的适当材料的示例包括聚合物材料，诸如UV可固化或热可固化压印抗蚀剂、聚烷基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚二甲硅氧烷（PDMS）弹性体、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯、含氟聚合物等或其任何组合、金属材料、诸如金、银、铝等、半导体材料等及其组合。
纳米指110通过任何合适的附着机制被附着于基板202的表面。例如，通过使用各种合适的纳米结构生长技术直接地在基板202表面上生长纳米指110。作为另一示例，与基板202成一整体地形成纳米指110。例如，在本示例中，对用来制造基板202的材料的一部分进行蚀刻或以其他方式处理以形成纳米指110。在另一示例中，将单独的材料层粘附于基板202表面，并对该单独的材料层进行蚀刻或以其他方式处理以形成纳米指110。在各种示例中，通过纳米压印或模压过程来制造纳米指110，其中，在聚合物矩阵上的多步压印过程中采用相对刚性的柱的模板来形成纳米指110。还可使用在制造微机电系统（MEMS）和纳米机电系统（NEMS）时使用的诸如蚀刻之类的各种其他过程和各种技术来制造纳米指110。
纳米指110被定义为例如细长的、纳米级结构，其具有超过在垂直于长度的平面中所取的纳米级截面维度（例如，宽度）的若干倍多的长度（或高度）（例如，长度＞3×宽度）。一般地，长度比宽度或截面维度大得多以促进纳米指110横向地到一个或多个相邻纳米指110上的弯曲。在某些示例中，该长度超过截面维度（或宽度）约5或10倍多。例如，宽度可为约100纳米（nm）且高度可为约500nm。在另一示例中，纳米指110的底座处的宽度可在约10nm与约1微米（µm）之间的范围内，并且长度可在约50nm与2µm之间的范围内。在其他示例中，基于用来形成纳米指110的材料类型来确定纳米指110的尺寸。因此，例如，用来形成纳米指110的（一种或多种）材料越刚性，纳米指110的宽度可能越不能使得纳米指110能够横向折叠。在其他示例中，纳米指110可形成脊，其中三个维度中的两个（例如，长度和高度）超过纳米级截面维度（例如，宽度）若干倍多。在不背离设备100、100'的范围的情况下，可等效地将纳米指110称为纳米杆或纳米柱。
已将纳米指110描绘为具有基本上圆柱形截面。然而，应理解的是纳米指110可具有其他形状的截面，诸如，例如矩形、正方形、三角形等。另外或替换地，纳米指110可形成有诸如凹口、凸起等的一个或多个特征以基本上促使纳米指110倾向于在特定方向上折叠。因此，例如，两个或更多相邻纳米指110可包括所述一个或多个特征以增加纳米指110朝着彼此折叠的可能性。下面在本文中更详细地描述可用以使纳米指110折叠的各种方式。
阵列200包括纳米指110的基本上随机的分布或纳米指110的预定配置。在任何方面，根据示例，纳米指110被相对于彼此布置成使得至少两个相邻纳米指110的尖端能够在纳米指110处于弯曲情况时相互碰触。以特定示例的方式，相邻纳米指110被定位为相互分离小于约100纳米。另外，虽然图2A将阵列描绘为具有沿着每行布置的相对大量的纳米指110，但应理解的是，在不背离设备100、100'的范围的情况下，阵列可在每行中包括任何数目的纳米指110。在一方面，设备100、100'包括相对大量的纳米指110以通常提高捕捉到要测试的物质的分子的可能性。
同样如图2A中所示，在纳米指110的尖端上提供纳米颗粒210。纳米颗粒210一般地包括拉曼活性材料纳米颗粒。拉曼活性材料纳米颗粒210包括金属，诸如金、银、铜、铂、铝等或者以合金形式的这些金属的组合、或者能够支持表面等离子体激元以用于针对拉曼散射的场增强的其他适当材料。另外，拉曼活性材料纳米颗粒210可以是多层结构，例如具有1至50 nm金外涂层的10至100 nm银层，或者反之亦然。在本文中根据定义，拉曼活性材料是促进在拉曼光谱测量期间来自位于拉曼活性材料附近的样本的拉曼散射的材料。
现在转到图2B，其中示出了根据示例的阵列200的图2A中所示的沿着线A—A的截面图。另外，纳米指110的自由端208在放大部分220中被放大，其显示拉曼活性材料纳米颗粒210被设置在纳米指110的外表面上，在尖端或自由端208附近。其他纳米指110还包括由纳米指110的顶部或自由端208上的圆圈所表示的拉曼活性纳米颗粒210。虽然放大部分220将拉曼活性材料纳米颗粒210描绘为覆盖纳米指110的整个尖端208，但应理解的是，设备100、100'的示例可以被实现为在某些纳米颗粒210之间具有间隙。还应注意的是，设备100、100'的示例不限于刚好位于纳米指110的尖端上的纳米颗粒210。在其他示例中，将纳米颗粒212设置在纳米指110的一部分或几乎整个表面上。
在任何方面，可通过例如金属材料的物理汽相沉积（PVD）、化学汽相沉积（CVD）、溅射等或预先合成纳米颗粒的自组装而将拉曼活性纳米颗粒210沉积到至少纳米指110的自由端208上。举例来说，控制用以将纳米颗粒210沉积到纳米指110的第二自由端208上的角度以从而基本上控制纳米颗粒210的沉积。
另外，拉曼活性材料纳米颗粒210可进行增强拉曼散射和促进分析物吸收中的一者或两者。例如，拉曼活性材料纳米颗粒210包括拉曼活性材料，诸如但不限于具有纳米级表面粗糙度的金（Au）、银（Ag）以及铜（Cu）。一般地用（一个或多个）层的表面上的纳米级表面特征来表征纳米级表面粗糙度，并且纳米级表面粗糙度可在（一个或多个）拉曼活性材料层的沉积期间自发地产生。在本文中根据定义，拉曼活性材料是在拉曼光谱测量期间促进来自被吸收在表面层或材料上或中的分析物的拉曼散射和拉曼信号的产生或发射的材料。
虽然在图2A—2B中已将纳米指110描绘为均垂直地延伸并且相对于彼此处于相同的高度，但应理解的是，某些或所有纳米指110可相对于彼此以各种角度和高度延伸。纳米指110之间的角度和/或高度的差可基于例如由在纳米指110的制造中和纳米颗粒210在纳米指110上的沉积等中存在的制造或生长偏差引起的差。
如图2B中所示，纳米指110处于第一位置，其中，自由端208相对于彼此处于基本上间隔开的布置。自由端208之间的间隙204可具有足够大的尺寸以使得分析物或其他液体能够位于间隙204中。另外，间隙204可具有足够小的尺寸以使得至少某些纳米指210的自由端208能够通过例如随着分析物或其他液体干燥而施加在自由端208上的毛细管力而随着分析物或其他液体蒸发而朝着彼此移动。
现在转到图2C，其中示出了根据另一示例的阵列200的图2A中所示的沿着线A—A的截面图。图2C中描绘的视图与图2B中描绘的视图相同，只是在第二位置上描绘了纳米指110，其中，某些纳米指110的自由端208基本上处于相互接触。根据示例，某些纳米指110的自由端208可由于在自由端208之间的间隙204中的液体的蒸发期间和之后施加在自由端208上的毛细管力而基本上处于相互接触，并且可保持该基本上相互接触达一段时间。在其他示例中，可通过例如去除自由端208上的静电电荷来将某些纳米指110的自由端208保持在第二位置。在那些示例中，可将纳米指110制造成正常地具有在图2C中描绘的第二位置，并且当向纳米指110的自由端208上施加静电电荷时，可具有图2B中所描绘的第一位置。
在任何情况下，并且在一个方面，促使纳米指110的自由端208如图2C中所示地相互接触以促使要测试的分析物分子基本上被俘获在接触的自由端208之间。通过在自由端208之间基本上俘获要测试的分析物分子，可增强分析物分子上的SERS，因为自由端208之间的相对小的间隙产生具有相对大的电场强度的“热点”。基本上俘获分析物分子在这里意指指示可将分析物分子俘获在两个自由端208之间，或者可将分析物分子附着在相邻定位的自由端208的自由端208之一上。
现在参考图3，其中示出了根据示例的供在传感应用中使用的传感设备300的框图。如图3中所示，传感设备300包括图1A中所描绘的设备100，虽然可以等效地提供图1B中所描绘的设备100'。在这方面，在收集到要测试的物质310的纳米指110上之后，将使用传感设备300。换言之，在去除可破坏盖并向要测试的物质中引入纳米指110之后，设备100将被插入传感设备300中。
传感设备300还被描绘为包括照明源302和检测器304。要测试的物质310的分子还被描绘为与拉曼活性材料纳米颗粒210相接触地且非常接近地定位。根据示例，将修改设备100与照明源302和检测器304的相对位置，以从而使得能够在拉曼活性材料纳米指110的各种位置上执行测试。在本示例中，设备100可相对于传感设备300移动，传感设备300可相对于设备100移动，或者两者都是。
照明源302被描绘为发射如箭头306所表示的电磁辐射，其包括例如光。举例来说，照明源302包括照亮物质310和拉曼活性材料纳米颗粒210的激光。拉曼活性材料纳米颗粒210的照明促使发生相对大电场强度的热点。热点在其中拉曼活性材料纳米颗粒210相互接触（未示出）的位置处增加。在拉曼活性材料纳米颗粒210之间的接触位置处产生的电场通常增强拉曼光被位于接触位置处或附近的物质310散射的速率。用箭头308表示的拉曼散射光在频率方面移位一个数量，该数量是物质310的特定振动模式的特性。检测器304将收集拉曼散射光308，并将对拉曼散射光308执行谱分析。
接近或邻近于物质310定位的拉曼活性材料纳米颗粒210将通过会聚或以其他方式增强物质310中或周围的电磁场来增强拉曼散射光308从物质310的产生。在这方面，因此物质310将产生足够强的拉曼散射光308以被检测器304检测并处理的可能性也将增加。
虽然拉曼散射光308已被描绘为指向检测器304，但拉曼散射光308是在多个方向上发射的。在这方面，可将某些拉曼散射光308指引到主体102中，其在一个示例中包括光学波导。更特别地，例如，由于物质310耦合到波导模的渐逝场而可以在主体102中产生拉曼散射光308。在这些情况下，可将检测器304定位成检测由拉曼散射光308在主体102中产生的波。在任何方面，308可包括滤波器以例如通过使用基于光栅的单色仪或干涉滤波器而滤出源自于照明源302的光。可替换地相对于纳米指110将检测器304定位于其他位置，例如在图3中的主体102下面。
在任何方面，检测器304通常将从物质310发射的拉曼散射光308转换成电信号。在某些示例中，检测器304将向将处理电信号的其他部件（未示出）（诸如计算设备）输出电信号。在其他示例中，检测器304配备有处理能力。
现在转到图4，其中示出了根据示例的用于制造设备100、100'以供在传感应用中使用的方法400的流程图。应理解的是，在不背离方法400的范围的情况下，方法400可包括附加处理，并且可去除和/或修改本文所述的某些处理。
在方框402处，获得具有腔104的主体102。如上文所讨论的，主体102包括使得主体102能够被用作测试条的尺寸。另外，主体102由各种类型的材料组成，并且被形成为具有腔104或者腔104被形成到主体102中。此外，可将主体102形成为如图1C中所示的主体102的阵列的一部分，从而使得可同时地制造设备100、100'中的多个设备。
在方框404处，多个纳米指110位于腔104中。根据示例，直接将纳米指110形成到腔104的主体102部分的表面上。在另一示例中，在基板202上形成纳米指110，并且将基板202定位于腔104的主体102部分的表面内并附着到其表面。
根据示例，实现纳米压印技术或辊到辊处理以在主体102或基板202的表面上形成纳米指110。在本示例中，可通过光刻法或其他高级平版印刷术以期望的图案化来形成模板以在预定布置中布置纳米指110。更特别地，例如，可通过电子束平版印刷、光刻法、激光干涉平版印刷、聚焦离子束（FIB）、球体自组装等在模具上设计期望图案。另外，可将图案转印到例如硅、玻璃或聚合物基板（PDMS、聚酰亚胺、聚碳酸酯等）上。在其他示例中，可通过实现任何适当的制造过程而在预定布置中形成纳米指110。另外，可通过如上文所讨论的任何适当的附着机制而在主体102或基板202的表面上提供纳米指110。
在方框406处，将拉曼活性材料纳米颗粒210附着于纳米指110的尖端。更特别地，如上文针对图2B所讨论的，将拉曼活性材料纳米颗粒210附着于纳米指110的尖端208。可通过例如金属材料的物理汽相沉积（PVD）、化学汽相沉积（CVD）、溅射等或预先合成纳米颗粒的自组装而将拉曼活性材料纳米颗粒210的原子或原子簇沉积到纳米指110的尖端上。
在方框406处，用可破坏盖106覆盖腔104中的开口以保护纳米指110。例如通过使用粘合剂、热量、机械紧固件等中的至少一个将可破坏盖106附着于主体102（图1A）或支撑壁108（图1B）的表面上。根据示例，可破坏盖106被密封到主体102或支撑壁108。另外或替换地，在纳米指110与可破坏盖106之间形成的间隙填充有填充材料，该填充材料与纳米指110且更特别地与在纳米指110的尖端上形成的纳米颗粒210基本上不相互作用。同样地，将填充材料选择成使得填充材料不会显著地降低拉曼活性材料纳米颗粒210的性能。
在某些示例中，纳米指110朝着彼此折叠，从而使得纳米指110的尖端208在于方框408处用可破坏盖106来覆盖腔104之前基本上相互接触。根据示例，纳米指110最初处于第一位置，其中其尖端208相对于彼此处于基本上间隔开的布置。另外，纳米指110的尖端之间的间隙具有足够大的尺寸以使得能够在间隙中供应液体。此外，间隙具有足够小的尺寸以使得纳米指110的尖端208能够通过例如随着液体干燥而在尖端上施加的毛细管力而随着液体蒸发而朝着彼此移动。可同样地或替代地利用诸如电子束、离子束、磁、机械力、热效应或电荷效应之类的其他非限制性示例来促使纳米指110的尖端208朝着彼此移动。在任何方面，拉曼活性材料纳米颗粒210可例如通过那些接触的纳米颗粒210之间的范德华力相互作用而相互接触并保持相互接触。
在其他示例中，在用可破坏盖106来覆盖腔104之前将纳米指110的尖端208保持处于基本上分离的布置。在这些示例中，可在去除可破坏盖106之后，使纳米指110的尖端208基本上相互进行接触。例如，可在纳米指110之间引入要测试的物质，并对其进行干燥，其可促使纳米指110的尖端朝着彼此移动并俘获要测试的物质的分子。
现在转到图5，其中示出了根据示例的用于使用图1A—1B中所描绘的设备100、100'来执行传感应用的方法500的流程图。应理解的是，在不背离方法500的范围的情况下，方法500可包括附加处理，并且可去除和/或修改本文所述的某些处理。
在方框502处，将设备100、100'的至少一部分插入要测试的物质中。被插入到要测试的物质中的那部分设备100、100'包括包含可破坏基板106和纳米指110的那部分设备100、100'，虽然可插入整个设备100、100'。如上文所讨论的，在某些示例中，可破坏材料106包括在预定时间长度内溶解在要测试的物质中的材料。该预定时间长度可包括例如小于约一分钟、小于约一小时等。同样地，包含可破坏盖106的设备100、100'的所述区域的插入促使可破坏盖106溶解，从而使要测试的物质暴露于包含在腔104中的拉曼活性材料纳米颗粒210。此外，在去除可破坏盖106之前将可破坏盖106直接插入到要测试的物质中防止污染物引入到拉曼活性材料纳米颗粒210上，因此导致相对更准确的传感应用结果。
在方框504处，从要测试的物质中去除设备100、100'。在去除设备100、100'期间，要测试的物质的某部分保持在拉曼活性材料纳米颗粒210上。
在方框506处，对保持在拉曼活性材料纳米颗粒210上的物质执行传感应用。传感设备300可执行如上文针对图3所讨论的传感应用。
根据示例，在从要测试的物质中去除设备100、100'之后，使纳米指110的尖端208基本上相互接触。例如，可在纳米指110之间引入要测试的物质并对其进行干燥，促使纳米指110的尖端朝着彼此移动并俘获要测试的物质的分子。
虽然遍及整个本公开具体地进行了描述，但本公开的代表性示例在广泛的应用范围内具有实用性，并且以上讨论并不意图且不应被理解为是限制性的，而是作为本公开的方面的说明性讨论而提供。
在本文中已经描述和图示出的是示例以及其变体中的某些。在本文中所使用的术语、描述和图仅仅是以举例说明的方式阐述的，并且不意味着作为限制。在意图由以下权利要求——及其等价物——来限定的本主题的精神和范围内可以有许多变体，其中，除非另外指明，否则所有术语是在其最宽泛的合理意义上表达意思的。
Claims (15)
1.一种供在传感应用中使用的设备，所述设备包括：
主体，其具有包含开口的腔；
位于腔中的多个纳米指；以及
可破坏盖，其覆盖腔中的开口以保护所述多个纳米指，其中，可破坏盖将被破坏以使得能够接近所述多个纳米指，并且其中所述可破坏盖包括在预定时间长度内在要测试的物质中溶解的材料。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个纳米指包括相应的底座和尖端，所述设备还包括：
拉曼活性材料纳米颗粒，其被附着于所述多个纳米指的相应尖端。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个纳米指被形成为直接在主体的表面上和在位于腔内的基板上中的一个。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可破坏盖被以密封所述腔的方式附着于在腔的开口周围的区域。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述多个纳米指与所述可破坏盖之间提供间隙，其中，所述间隙填充有基本上不与所述多个纳米指相互作用的填充材料。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，包含腔和可破坏盖的主体的一部分将被沉积到要测试的物质中。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，要测试的物质包括燃料产品。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，在所述多个纳米指与所述可破坏盖之间提供间隙，其中，所述间隙填充有基本上不与所述多个纳米指相互作用的填充材料。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个纳米指中的每一个由柔性材料组成，并且其中，所述多个纳米指朝着彼此折叠，使得所述多个纳米指的尖端基本上相互接触。
10.一种制造根据权利要求1所述的设备的方法，所述方法包括：
包含具有腔的主体；
在主体的表面和位于腔内的基板中的至少一个上形成所述多个纳米指；
用可破坏盖覆盖腔中的开口，其中所述可破坏盖包括在预定时间长度内在要测试的物质中分解的材料。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在用可破坏盖覆盖腔中的开口之前，将拉曼活性材料纳米颗粒附着到所述多个纳米指的尖端上。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，用可破坏盖来覆盖腔中的开口还包括用可破坏盖来密封腔。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，用可破坏盖来覆盖腔还包括覆盖腔，使得在所述多个纳米指与可破坏盖之间提供间隙，所述方法还包括：
用基本上不与所述多个纳米指相互作用的填充材料来填充间隙。
14.一种用于使用权利要求2的设备来执行传感应用的方法，其中，所述可破坏盖包括在预定时间长度内溶解在要测试的物质中的材料，所述方法包括：
将所述设备的至少一部分插入要测试的物质中，其中，要测试的物质使得可破坏盖溶解，从而使要测试的物质暴露于所述多个拉曼活性材料纳米颗粒；
从该物质中去除传感设备；以及
对保持在拉曼活性材料纳米颗粒上或附近的物质部分执行传感应用。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述要测试的物质包括流体，所述方法还包括：
在执行传感应用之前基本上干燥来自拉曼活性材料纳米颗粒的要测试的物质，其中，干燥该物质促使拉曼活性材料纳米颗粒朝着彼此折叠。
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