CN104487824A

CN104487824A - 可植入的纳米传感器

Info

Publication number: CN104487824A
Application number: CN201280074961.6A
Authority: CN
Inventors: S.J.巴塞洛; Z.李; A.金; G.吉布森
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2012-07-29
Filing date: 2012-07-29
Publication date: 2015-04-01
Also published as: WO2014021809A1; US9592001B2; EP2885627B1; EP2885627A1; EP2885627A4; US20150173656A1

Abstract

可植入的纳米传感器包括被植入到流体导管内的支架。所述支架具有支架的表面中的井。可植入的纳米传感器还包括部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底。纳米尺度图案化的传感衬底当被光学激励信号询问时，产生指示由流体导管承载的流体中的分析物的存在的光学散射响应信号。

Description

可植入的纳米传感器

相关申请的交叉引用

N/A。

关于联邦资助的研发的声明

N/A。

背景技术

未知物质的检测和识别（或者至少是分类）长期以来引起很大兴趣，并且在近年来已经承担更大的意义。在持有针对精确检测和识别的特别希望的方法论中，有各种形式的光谱学。通过使用吸收光谱和发射光谱中的一个或者两者，光谱学可以被用来分析、表征和识别物质或材料，所述吸收光谱和发射光谱当材料由一种形式的电磁辐射（例如可见光）照射时发生。通过照射材料所产生的吸收光谱和发射光谱确定了材料的光谱“指纹”。一般，光谱指纹是特定材料的特性，以促进材料的识别。在最强大的光学发射光谱学技术中是基于拉曼（Raman）散射的那些。

散射光谱学是识别、监测和表征从相对简单的非有机化学化合物到复杂的生物分子的范围的各种分析物（analyte）种类（species）（即多种分析物）的重要手段。在各种类型的散射光谱学中，是利用拉曼散射以及归因于来自分析物的荧光的散射（例如荧光散射）的方法论。一般，散射光谱学采用信号来激发分析物，所述分析物继而产生取决于分析物的特性（例如分析物的成分元素）的响应或散射信号。通过检测和分析散射信号（例如通过使用光谱分析），分析物可以被识别并且甚至被量化（在一些情况下）。

附图说明

参照结合附图采用的下面的详细的描述，可以更容易地理解根据此处描述的原理的示例的各种特征，其中同样的附图标记指示同样的结构元件，并且在其中：

图1图示了根据与此处描述的原理一致的示例的可植入的（implantable）纳米传感器的一部分的横截面视图。

图2A图示了根据与此处描述的原理一致的示例的可植入的纳米传感器的支架（stent）的透视图。

图2B图示了根据与此处描述的原理一致的另一个示例的可植入的纳米传感器的支架的透视图。

图2C图示了根据与此处描述的原理一致的又另一个示例的可植入的纳米传感器100的支架的透视图。

图3图示了根据与此处描述的原理一致的示例的多个纳米棒的束的透视图。

图4A图示了根据与此处描述的原理一致的示例的可植入的纳米传感器的一部分的横截面视图。

图4B图示了根据与此处描述的原理一致的另一个示例的可植入的纳米传感器的一部分的横截面视图。

图5图示了根据与此处描述的原理一致的示例的纳米传感器系统的框图。

图6图示了根据与此处描述的原理一致的示例的使用可植入的纳米传感器的体内（in vivo）感测的方法的流程图。

某些示例具有其它特征，所述其它特征是除了上面引用的图中图示的特征之外以及替代所述特征的一个。这些特征和其它特征参照上面引用的图在下面被详细描述。

具体实施方式

根据此处描述的原理的示例提供了各种分析物的可植入的检测或感测。特别地，根据此处描述的原理的示例提供了由可植入的纳米传感器通过使用散射光谱学来感测分析物。在一些示例中，可植入的纳米传感器可以提供分析物（例如生物种类）的大体上连续的、体内监测。此外，可植入的纳米传感器可以提供与包含或承载（carry）分析物的流体（例如血液）的亲密接触，而没有对流体或流体流动的实质干扰。

此处所描述的原理的示例采用了散射光谱学来检测或感测目标种类或分析物的存在。此处，可应用的散射光谱学的形式包括但不限于表面增强拉曼光谱学（SERS）、表面增强相干反斯托克斯拉曼散射（SECARS）、拉曼光谱学的各种空间偏移（offset）和共焦（confocal）版本、荧光光谱学（例如，使用荧光标记和标签）以及等离子共振的直接监测。散射光谱学可以提供检测，并且在一些示例中可以提供分析物的量化。特别地，根据各种示例，检测或感测可以被提供用于被吸收到可植入的纳米传感器的表面上或者与其紧密关联的分析物。此处，为了讨论的简单，散射光谱学一般将参照拉曼散射光学光谱学来描述，而不作为特定的限制，除非另有指示。

拉曼散射光学光谱学或者简单地说拉曼光谱学采用发射光谱或者其光谱成分，所述发射光谱或者其光谱成分通过被所照射的材料的内部结构对光子的非弹性散射产生。包含在由非弹性散射产生的响应信号中（例如拉曼散射信号）的这些光谱成分可以促进分析物种类的材料特性的确定，包括但不限于分析物的识别。表面增强拉曼散射（SERS）光学光谱学是采用拉曼活性（active）表面的拉曼光谱学的形式。SERS可以显著增强由特定分析物种类产生的拉曼散射信号的信号水平或强度。特别地，在一些实例中，拉曼活性表面包括与纳米结构的尖端相关联的区域，诸如但不限于纳米指或纳米棒。例如，纳米指或纳米棒的尖端可以用作纳米天线以进行以下行为中的一个或两者：集中照射场和放大拉曼发射，从而导致拉曼散射信号的强度的进一步增强。

在SERS的一些示例中，包括多个纳米棒的SERS表面被配置成增强来自分析物的拉曼散射信号的产生和发射。特别地，在一些示例中，与“拉曼活性”配置中的纳米棒（例如纳米棒的尖端）相关联和在其周围的电磁场可以增强来自分析物的拉曼散射。拉曼活性配置中的纳米棒本身以及纳米棒的尖端的相对位置可以提供增强的拉曼散射。

“纳米棒”或等同的“纳米指”此处被定义为细长的、纳米尺度的结构，其具有超过在垂直于长度的平面内所取的纳米尺度横截面尺寸（例如宽度）多于数倍的长度（或高度），例如长度＞约5倍宽度。一般地，纳米棒的长度远大于纳米棒宽度或横截面尺寸。在一些示例中，长度是横截面尺寸（或宽度）的多于5倍或10倍。例如，宽度可以是约40纳米（nm），而高度可以是约400nm。在另一个示例中，纳米棒的底部处的宽度可以在约20nm到约100nm范围之间，而长度可以大于约1微米（μm）。在另一个示例中，纳米棒可以是具有底部的圆锥形，其具有约100nm到约500nm范围之间的宽度以及可以在约一微米到数微米范围之间的长度或高度。

在各种示例中，多个纳米棒可以被生长（即通过添加工艺来产生）或者通过刻蚀或减去工艺来产生。例如，可以通过使用气-液-固（VLS）生长工艺来将纳米棒生长为纳米线。在其它示例中，纳米线生长可以采用气-固（V-S）生长工艺和溶液生长工艺中的一个。在又其它示例中，生长可以通过定向的或仿真的自组织技术来实现，诸如但不限于聚焦离子束（FIB）沉积和激光诱导自装配。在另一个示例中，纳米棒可以通过使用刻蚀工艺（诸如但不限于反应离子刻蚀）来产生以移除周围的材料，从而留下纳米棒。在又其它示例中，各种形式的压印光刻（imprint lithography）适用于此处描述的纳米棒和各种其它元件的制造，所述各种形式的压印光刻包括但不限于纳米压印光刻以及用在微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）的制造中的各种技术。

“纳米颗粒”此处被定义为具有大体上类似的尺寸的长度、宽度和深度的纳米尺度结构。例如，纳米颗粒的形状可以是圆柱、球体、椭圆体，或者刻面的（faceted）球体或椭圆体，或者立方体、八面体、十二面体或者另一个多边形。在其它示例中，纳米颗粒可以包括大体上不规则的三维形状。纳米颗粒的大小可以在例如约5nm到约200nm的范围（在直径或尺寸方面）。在一些示例中，纳米颗粒尺寸可以在约50nm到约100nm、或者约25nm到约100nm、或者约100nm到约200nm、或者约10nm到约150nm、或者约20nm到约200nm的范围内。此外如此处所定义的那样，“纳米颗粒”区别于“纳米颗粒催化剂（catalyst）”或“催化剂纳米颗粒”以及纳米颗粒的层或涂层（根据一些示例）。

此处，“井（well）”被定义为在表面中有目的地形成的凹陷。此外通过此处的定义，井在井的第一端具有开口。井具有横向延伸或“宽度”，例如其被定义为跨其中形成井的表面处的井的开口的尺寸。在一些示例中，井的宽度可以在约10纳米（nm）到大于约1000nm之间。例如，井可以具有约300nm的宽度。在另一个示例中，井宽度是400nm。这里“有目的地形成”意指：相对于可能源于损坏或者作为生成表面的制造工艺的自然部分的凹陷而言，井针对意图的目的而创造。

除了横向延伸或宽度之外，井还具有深度（通过定义）。深度大于（并且在一些示例中远大于）井有目的地形成于其中的表面的表面粗糙度。特别地，井的深度和宽度一起将此处的井区别于例如可能偶然地或自然地发生的表面的特征（例如凹痕）。在一些示例中，深度小于大约井的宽度。深度可以在例如约20nm到约300nm之间，而宽度可以大于300nm。在其它示例中，深度一般大于井的开口的宽度。例如，深度可以大于井的开口的宽度的约110%。在另一个示例中，深度可以在宽度的约105%到约150%之间。例如，井可以具有约500nm到550nm的宽度，而井可以具有大于550nm的深度。

在一些示例中，井的深度大于位于井中的纳米棒（例如部署在井中的SERS表面的纳米棒）的长度。大于纳米棒的长度的深度可以提供对纳米棒和纳米尖端的保护以免于例如机械损坏。在其它示例中，井的深度大于纳米棒长度的10%但小于纳米棒长度的约100%。换言之，纳米棒的一部分延伸在井有目的地形成在其中的表面之上。

可以通过任意数目的电路制造技术来形成（有目的地形成）井，其包括但不限于刻蚀（湿法刻蚀或干法刻蚀）、纳米压印光刻和选择性沉积中的一种或多种。例如，硅衬底可以被掩盖和暴露于氢氧化钾（KOH）溶液，以刻蚀硅的暴露的表面并且形成井。用KOH刻蚀硅衬底可以产生例如具有倾斜的或锥形的侧面和平坦的底的井。等离子刻蚀以及尤其是反应离子刻蚀（RIE）可以以定向的方式被采用，以产生各种特定锥形的井剖面。纳米压印光刻可以在减去方法或者添加方法中不同地被采用，以在表面中形成井。诸如外延沉积之类的沉积可以被用来建造例如在井周围的表面。

此外，如此处所使用的那样，冠词“一个”意图具有其在专利领域中其通常的含义，即“一个或多个”。例如，“一个纳米传感器”意指一个或多个纳米传感器，并且如此“该纳米传感器”此处意指“所述一个或多个纳米传感器”。同样，此处对于“顶”、“底”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”或“右”的任何引用不意图是此处的限制。此处，当应用于值的时候，术语“约”一般意指在用于产生该值的设备的容忍范围内，或者在一些示例中意指正或负10%、或者正或负5%、或者正或负1%，除非另有明确规定。此外，此处的示例意图仅仅是说明性的，并且为了讨论的目的被呈现而不作为特定的限制。

图1图示了根据与此处描述的原理一致的示例的可植入的纳米传感器100的一部分的横截面视图。如所图示，可植入的纳米传感器100被配置成感测流过或邻近于可植入的纳米传感器100的流体中的分析物。图1中的箭头102图示了例如经过可植入的纳米传感器100的流体流动。

如所图示，可植入的纳米传感器100包括支架110。特别地，图1图示了支架110的壁的一部分。根据各种示例，支架100被配置成植入到流体导管（未示出）内。在一些示例中，支架110包括中空的结构，其被配置成允许在流体导管中流动的流体通过支架110 的内部部分（例如中空内部）。例如，流体可以流动进入第一末端，并且沿着通过中空内部的路径流动，并且然后在支架110的第二末端处离开，其中中空内部大体上与支架110的中心轴对准。在其它示例中，支架110可以不是中空的，在该情况下，支架110被配置成允许绕着而不是通过支架110的流体流动。在又其它的示例中，支架110可以包括中空或者大体上中空的结构，其被配置成提供通过中空内部以及绕着支架110的外部二者的流体流动。

根据各种示例，支架110具有支架110的表面（即支架壁）中的井112。根据此处的定义，井112是支架壁中的凹陷。壁112可以具有深度D，其小于支架110的表面中的井的开口的宽度W（根据一些示例）。在其它示例中，井的深度D可以大于开口宽度W。在一些示例中，支架110可以具有多个井112。在一些示例中，井112可以具有大体上面朝支架110的内部或中心轴的开口。例如，当支架110包括中空结构时，井112可以面向支架110的中空内部。在其它示例中，井112可以面朝支架110的外部。

在一些示例中，支架110可以包括大体上中空的管状结构。根据各种示例，管状结构的横截面形状可以要么是大体上圆形的（例如圆形的、椭圆形的、半圆形的等）要么是大体上非圆形的（例如矩形的、正方形的、一般多边形的或刻面的等）。在一些示例中，管状结构可以具有固定的或大体上固定的直径。在其它示例中，管状结构可以被配置成扩展并且大体上符合流体导管的壁或内表面。例如，流体导管可以包括血管，而支架110的管状结构可以可扩展成符合血管的内表面。

在一些示例中，支架110的管状结构的扩展可以促进保留或保护流体导管内的在适当位置的支架110。例如，扩展可以将支架110的管状结构的部分压在流体导管的壁上，使得支架110和流体导管壁之间的摩擦抵抗（resist）由流体导管内流动的流体施加到支架110上的力。此外，支架110的管状结构的扩展可以促进通过管状结构的内部的流体流动。例如，扩展的大体上管状的结构可以提供穿过管状结构的开口，其在直径方面类似于流体导管本身的直径。如此，根据一些示例，支架110可以不以实质的方式与流体导管中的流体流动相干扰。

根据一些示例，支架110的可扩展的管状结构可以包括网状，诸如但不限于管状线网状。例如，可以以相互连接的钻石图案来布置线网状。在其它示例中，另一个线网状图案（包括但不限于蛇形图案）可以被采用来实现网状。管状线网状的线可以包括金属，诸如但不限于例如不锈钢和钴铬合金。在其它示例中，可以使用聚合物或塑料绳（plastic string）或线状材料。

根据其它示例，可扩展的管状结构可以包括折叠的（folded）管状结构。例如，折叠的管状结构可以包括大体上平面的材料的折叠。根据一些示例，折叠可以提供扩展。在又其它的示例中，支架110的可扩展的管状结构可以通过另一种手段来实现，其包括但不限于滑动经过彼此以提供扩展的部分。

图2A图示了根据与此处描述的原理一致的示例的可植入的纳米传感器100的支架110的透视图。如所图示的那样，支架110包括蛇形线网状。虽然图示为蛇形线网状，但是根据各种示例，可以采用各种不同的线网状配置来实现支架110。井（例如类似于图1中所图示的井112）可以被形成在例如线网状的线的表面中。在一些示例中，多个井（未图示）可以位于沿着线网状的线中的各线的各种点或位置处。井被定向成朝向支架110的内部开口。特别地，井位于线网状的线的表面上，其指向支架110的中心轴C，如所图示的那样。

图2B图示了根据与此处描述的原理一致的另一个示例的可植入的纳米传感器100的支架110的透视图。特别地，图2B中图示的支架110是包括折叠的、大体上平面的材料的可扩展的管状结构。可以通过例如连接材料的平面部分的铰链或铰链状膜来提供折叠。折叠被配置成当支架110被植入时打开（unfold），从而使得支架110能够扩展。打开可以使得支架110能够大体上符合例如流体导管的内壁。通过指向离开支架110的中心轴的粗的箭头来图示打开。井（例如类似于图1中图示的井112）可以被形成在例如大体上平面的材料的表面中。

图2C图示了根据与此处描述的原理一致的又另一个示例的可植入的纳米传感器100的支架110的透视图。如在图2C中所图示的那样，支架110包括大体上不可扩展的管状结构。在一些示例中，大体上不可扩展的管状结构可以包括刚性材料或半刚性材料的管。例如，所述管可以包括金属管（例如不锈钢、镍钛诺合金等）或者聚合物管。根据一些示例，管可以具有小于（并且在一些示例中远小于）流体导管的内直径的外直径。图2C图示了位于支架110的外表面和内表面二者上的井112。

再次参照图1，可植入的纳米传感器100还包括纳米尺度图案化的传感衬底120。根据各种示例，纳米尺度图案化的传感衬底120被部署在支架110的表面中的井112中。纳米尺度图案化的传感衬底120被配置成产生指示由流体导管承载的流体中的分析物的存在的光学散射响应信号。特别地，根据各种示例，当通过光学激励信号询问（interrogate）纳米尺度图案化的传感衬底120时，可以产生光学散射响应信号。

在一些示例中，由流体导管承载的流体正流动经过井112和其中的纳米尺度图案化的传感衬底120。例如，当流体导管包括血管时，流动经过井112的流体可以包括血液，而可植入的纳米传感器100可以提供血液中承载的分析物的体内感测。在其它示例中，承载血液的流体导管可以是连接到血管的管（例如在器官的外部），在这种情况下分析物感测可以不是体内的。

在一些示例中，纳米尺度图案化的传感衬底120包括表面增强拉曼光谱学（SERS）衬底。在这些示例中，光学散射响应信号可以包括SERS散射信号。在其它示例中，纳米尺度图案化的传感衬底120可以包括另一个光学散射信号，其包括但不限于与红外光谱学和荧光光谱学中的一个或两者相关联的那些信号。例如，纳米尺度图案化的传感衬底120可以包括标记的结构，其被配置成当分析物存在时产生荧光信号。

在一些示例中，SERS传感衬底可以包括布置在阵列中的多个纳米棒122。根据一些示例，纳米棒122每个都具有与附着到支撑部124的一端相对的自由端。在一些示例中，支撑部124可以是井112的底表面。在其它示例中，支撑部124可以包括向纳米棒122提供支撑的衬底（例如载体衬底）。例如，衬底可以被接合到井112的底表面。在一些示例中，纳米棒122在固定端被刚性附着到支撑部124。在其它示例中，纳米棒122通过例如中间材料或层被间接附着到支撑部124。

在一些示例中，阵列中的纳米棒122在自由端处具有金属尖端。金属尖端可以被配置成例如吸收分析物。在一些示例中，纳米棒122的自由端处的金属尖端可以被功能化（functionalize）。特别地，纳米棒122可以被功能化，以例如优先地接合到特定分析物种类或者提供特定的分析物种类的选择性吸收。

在一些示例中，阵列中的纳米棒122可以包括附着到自由端在尖端附近的纳米颗粒126。在一些示例中，纳米颗粒126的材料可以不同于纳米棒122的材料。例如，尖端可以包括圆形金属（例如金）纳米颗粒126，其例如在纳米棒生长中留下。在这些示例中的一些中，纳米颗粒126可以被配置成进行以下两者中的一个或两者：增强拉曼散射和促进选择性分析物吸收（例如通过功能化）。特别地，在一些示例中，纳米颗粒126包括适合于拉曼增强的材料。例如，纳米颗粒126可以包括诸如但不限于金、银、铂、铝和铜之类的材料。

在一些示例中，阵列中的纳米棒122包括多个纳米棒122。如此，多个纳米棒122可以被布置成例如束。如此处所使用的那样，“束”被定义为相对小的分组或小的阵列。例如，束可以包括两个、三个、四个、五个、六个或更多个纳米棒122。根据各种示例，束的纳米棒122可以被布置成使得纳米棒122的自由端和固定端分别位于多边形或多面体（例如二边形、三边形、四边形、五边形、六边形等）的顶点处。在另一个示例中，束可以具有多达约十个纳米棒122。在又另一个示例中，束可以具有少于约十五个纳米棒122。此外，在一些示例中，可以存在多个这样的束。

图3图示了根据与此处描述的原理一致的示例的多个纳米棒122的束的透视图。图3中所图示的束包括五个纳米棒122。进一步如所示的那样，束的多个纳米棒122被布置为五边形。在其它示例中，多个纳米棒122可以被布置在更大的阵列中（未图示）。更大的阵列可以具有例如数十个纳米棒、数百个纳米棒或者甚至更多。包括小阵列（例如束）以及大阵列二者的阵列可以包括但不限于线性阵列或一维（1-D）阵列或二维（2-D）阵列（例如直线的阵列、圆形阵列等）。

束或阵列中的纳米棒122可以彼此接触或者彼此间隔开。例如，束中的纳米棒122的尖端可以大体上是接触的，或者紧密靠近、由约数纳米或更小的缝隙分开。此外，束或阵列中的纳米棒122可以朝向彼此倾斜（例如，参见图1）。倾斜可以促进例如纳米棒122的尖端之间的接触。当在束或阵列内间隔开时多个纳米棒中的纳米棒122之间的间隔可以是规则的（即周期性的间隔）或不规则的（例如大体上随机的间隔）。例如，多个纳米棒中的纳米棒122可以被布置在一对大体上平行、规则间隔的线性阵列中。

在一些示例中，纳米棒122可以包括半导体。例如，半导体可以包括掺杂或未掺杂（例如大体上本征的）硅（Si）或锗（Ge）或者Si和Ge的合金。在其它示例中，半导体可以包括砷化镓（GaAs）、铟镓砷（InGaAs）、和氮化镓（GaN）或者各种其它Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅵ化合物半导体。在其它示例中，纳米棒122可以包括塑料或聚合物，诸如但不限于聚氨酯、聚甲基丙烯酸叔丁酯（P(tBMA)）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯、聚碳酸酯或相关的塑料。在又其它的示例中，纳米棒122可以包括金属，诸如但不限于金、银、铂其它贵金属、铝、铜或者两种或更多种金属的合金或组合。

根据此处的一些示例，可植入的纳米传感器100还包括保护膜。在一些示例中，保护膜被配置成覆盖或大体上覆盖井112的开口。在一些示例中，纳米尺度图案化的传感衬底120被附着到井112的表面（例如井的底部），而保护膜在附着的纳米尺度图案化的传感衬底120之上覆盖井开口。在其它示例中，部署在井112中的纳米尺度图案化的传感衬底120被附着到保护膜并且由保护膜支撑。在一些示例中，保护膜是半渗透膜。特别地，半渗透保护膜可以被配置成促进分析物从流体导管到井112的通过。

在一些示例中，半渗透保护膜包括生物相容材料。例如，半渗透保护膜可以包括聚氨酯薄膜。可以用于半渗透保护膜的其它生物相容材料包括但不限于聚乙二醇薄膜、聚对二甲苯-C（例如在超薄层中）、包括Nafion^TM的薄膜、多层腐殖酸/铁阳离子（Has/Fe³⁺）膜、阳离子交换膜（CEM）、荷电镶嵌膜（CMM）、双极膜（BPM）、阴离子交换膜（AEM）、碱性阴离子交换膜（AAEM）和质子交换膜（PEM）。Nafion^TM是特拉华州的Du Pont De Nemours and Company Corporation的硫化四氟乙烯基含氟聚合物-共聚物产品。在一些示例中，半渗透保护膜可以针对例如特定分析物、分析物的分类或者分析物的大小范围是选择性的。

图4A图示了根据与此处描述的原理一致的另一个示例的可植入的纳米传感器100的一部分的横截面视图。特别地，图4A图示了可植入的纳米传感器100，其包括支架110（即仅仅一部分被图示）、纳米尺度图案化的传感器衬底120和另外的半渗透保护膜130。如所图示的那样，纳米尺度图案化的传感器衬底120被附着到支架110中的井112的底表面。纳米尺度图案化的传感器衬底120包括附着到支撑衬底124的纳米棒122，如所图示的那样。此外如所图示的那样，半渗透保护膜130被描绘为覆盖井开口。中空箭头132图示分析物种类从流动的流体102到井112中的移动。

图4B图示了根据与此处描述的原理一致的另一个示例的可植入的纳米传感器100的一部分的横截面视图。如在图4A中所图示的那样，可植入的纳米传感器100包括支架110（即仅仅一部分被图示）、部署在井112中的纳米尺度图案化的衬底120以及覆盖支架110中的井112的开口的半渗透保护膜130。进一步如所图示的那样，纳米尺度图案化的传感器衬底120附着到半渗透保护膜130并由其支撑。如所图示的那样，纳米尺度图案化的传感器衬底120包括附着到支撑衬底124并且由其支撑的纳米棒122。支撑衬底124附着到半渗透保护膜130。在一些示例（未图示）中，半渗透保护膜130本身可以用作支撑衬底，从而免除对于例如单独的支撑衬底124的需求。

在一些示例中，图4A-4B中图示的半渗透保护膜130被配置成保护纳米尺度图案化的传感衬底120免于由流体导管中流动的流体带来的损坏。例如，半渗透保护膜130可以保护纳米尺度图案化的传感衬底120免于归因于与流动的流体相关联的剪应力（shear）的损坏。半渗透保护膜130还可以保护纳米尺度图案化的传感衬底120不受流体本身或由流体承载的物体的影响。例如，半渗透保护膜130可以防止对于纳米尺度图案化的传感衬底120可能是腐蚀性的或者可能以其它方式有损害的流体的部分进入井112。半渗透保护膜130还可以隔离开（screen）物体（例如血细胞、血小板、大分子等）免于进入井112，该物体在一些示例中可能损坏或者干扰纳米尺度图案化的传感衬底120的操作。

图5图示了根据与此处描述的原理一致的示例的纳米传感器系统200的框图。如所图示的那样，纳米传感器系统200包括可植入的纳米传感器210。根据各种示例，可植入的纳米传感器210包括具有井的支架和部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底。纳米尺度图案化的传感衬底被配置成当由光学激励信号询问时产生指示分析物的存在的光学散射响应信号。在一些示例中，可植入的纳米传感器210的支架被配置成可植入在流体导管202内。

在一些示例中，可植入的纳米传感器210大体上类似于上面所述的可植入的纳米传感器100。特别地，支架可以大体上类似于关于可植入的纳米传感器100在上面所述的支架110。在一些示例中，支架可以包括可扩展的管状结构，诸如但不限于管状线网状。井可以例如被形成或者以其它方式提供在线网状的线的表面中。

此外，根据一些示例，纳米尺度图案化的传感衬底可以大体上类似于关于可植入的纳米传感器100在上面所述的纳米尺度图案化的传感衬底120。特别地，在一些示例中，纳米尺度图案化的传感衬底包括表面增强拉曼光谱学（SERS）衬底。根据一些示例，光学散射响应信号可以是由分析物和SERS衬底之间的相互作用产生的拉曼散射信号。

在一些示例中，可植入的纳米传感器210还包括保护膜。根据各种示例，保护膜可以被配置成覆盖井中的开口。在一些示例中，保护膜是半渗透的，以促进分析物从流体导管到井中的通过。在一些示例中，保护膜大体上类似于关于可植入的纳米传感器100在上面所述的保护膜130。

在一些示例中，可植入的纳米传感器210被配置成检测多个不同的分析物。在一些示例中，可植入的纳米传感器210被配置成区分不同的分析物。例如，可植入的纳米传感器210的支架可以在支架表面中具有多个井。多个纳米尺度图案化的衬底中的不同的纳米尺度图案化的传感衬底可以被部署在多个井中的每个井中。此外，纳米尺度图案化的传感衬底中的一个或多个被功能化，以对于多个分析物中的不同分析物是选择性的，并且产生指示各自的不同的分析物的光学散射响应信号。井之间的空间分开可以促进例如将由特定于第一纳米尺度图案化的传感衬底的第一分析物产生的光学散射响应信号与由特定于第二纳米尺度图案化的传感衬底的第二分析物产生的光学散射响应信号区别开来。

如图5中所图示的那样，纳米传感器系统200还包括光学询问器220。根据一些示例，光学询问器220包括照射源222。照射源222被配置成照射可植入的纳米传感器210的纳米尺度图案化的传感衬底。特别地，照射源222被配置成当可植入的纳米传感器210被植入在流体导管中时体内照射纳米尺度图案化的传感衬底。在一些示例中，照射源222被配置成产生红外光学信号以照射纳米尺度图案化的传感衬底。例如，红外辐射可以穿透生物组织（例如人体组织）到约10至15毫米（mm）的深度，从而促使体内照射和可植入的纳米传感器210的询问。在其它示例中，照射源222被配置成产生包括其它光学频率（来代替红外或者包括红外）的光学信号。

在一些示例中，光学询问器220还包括信号检测器224。信号检测器224被配置成检测指示分析物的由可植入的纳米传感器210发射的光学散射响应信号。例如，信号检测器224可以是拉曼散射信号检测器，其被配置成检测由被配置为SERS衬底的纳米尺度图案化的传感衬底发射的拉曼散射信号。在一些示例中，照射源222和信号检测器224中的一个或两者在流体导管外。例如，流体导管可以是血管，并且照射源222可以在血管外（例如，在包含血管的身体外部）。类似地，根据一些示例，信号检测器224可以在血管外。在其它示例中，照射源222和信号检测器224中的一个或两者可以在流体导管内。例如，照射源222和信号检测器224中的一个或两者可以是在流体导管（例如血管）内能连同可植入的纳米传感器210一起植入的。

图6图示了根据与此处所述的原理一致的示例的使用可植入的纳米传感器的体内感测的方法300的流程图。如所图示的那样，体内感测的方法300包括通过使用照射源来照射310流体导管内的可植入的纳米传感器。在一些示例中，可植入的纳米传感器大体上类似于上述可植入的纳米传感器100。特别地，可植入的纳米传感器包括具有井的支架和部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底。根据各种示例，纳米尺度图案化的传感衬底被配置成当被照射时产生指示分析物的存在的光学散射响应信号。在一些示例中，照射源大体上类似于上述关于纳米传感器系统200在上面描述的照射源222。

在一些示例中，纳米尺度图案化的传感衬底包括表面增强拉曼光谱学（SERS）衬底，而光学散射响应信号是由分析物和SERS衬底之间的相互作用产生的拉曼散射信号。例如，SERS衬底可以大体上类似于包括被布置在阵列中的纳米棒122的上述的SERS衬底。

如图6中所图示的那样，使用可植入的纳米传感器的体内感测的方法300还包括接收320由纳米尺度图案化的传感衬底所发射的光学响应信号。在一些示例中，接收320可以由信号检测器来执行。例如，信号检测器可以大体上类似于关于纳米传感器系统200的上面描述的信号检测器224。在一些示例中，照射源和信号检测器中的一个或两者位于包含可植入的纳米传感器的流体导管外。

因而，已经描述了可植入的纳米传感器、纳米传感器系统和使用被配置成感测在流体导管中流动的流体中的分析物的可植入的纳米传感器的体内感测的方法的示例。应该理解的是，上述示例仅仅是说明表示此处所述的原理的许多特定示例中的一些示例。显然，本领域的技术人员可以在不背离由下面的权利要求所限定的范围的情况下容易地构思出数个其它布置。

Claims

1.一种可植入的纳米传感器，包括：

被植入到流体导管内的支架，所述支架具有支架的表面中的井；以及

部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底，所述纳米尺度图案化的传感衬底当被光学激励信号询问时，产生指示由流体导管承载的流体中的分析物的存在的光学散射响应信号。

2.根据权利要求1的可植入的纳米传感器，其中，所述纳米尺度图案化的传感衬底包括表面增强拉曼光谱学（SERS）衬底，并且其中所述光学散射响应信号是拉曼散射信号。

3.根据权利要求2的可植入的纳米传感器，其中，所述SERS衬底包括布置在阵列中的多个纳米棒，多个纳米棒中的纳米棒具有金属尖端以吸收所述分析物，所述尖端在纳米棒的与附着到支撑部的末端相对的自由端处。

4.根据权利要求1的可植入的纳米传感器，其中，承载流体的导管包括血管，所述流体是包括分析物的血液，所述可植入的纳米传感器提供分析物的体内感测。

5.根据权利要求1的可植入的纳米传感器，还包括保护膜以覆盖井的开口，所述保护膜是半渗透的以促进分析物从流体导管到井内的通过。

6.根据权利要求5的可植入的纳米传感器，其中，所述部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底被附着到所述保护膜并且由所述保护膜支撑。

7.根据权利要求1的可植入的纳米传感器，其中，所述支架具有支架表面中的多个井，不同的纳米尺度图案化的传感衬底被部署在所述井中的一些井中。

8.根据权利要求7的可植入的纳米传感器，其中，所述不同的纳米尺度图案化的传感衬底被功能化，以针对多个分析物中的不同分析物是选择性的，并且产生指示各自的不同的分析物的光学散射响应信号。

9.一种包括权利要求1的可植入的纳米传感器的纳米传感器系统，所述纳米传感器系统还包括：

照射纳米尺度图案化的传感衬底的照射源，来自照射源的照射产生光学散射响应信号；以及

信号检测器，检测由可植入的纳米传感器发射的指示分析物的光学散射响应信号，

其中照射源和信号检测器中的一个或两者在流体导管外。

10.一种纳米传感器系统，包括：

可植入的纳米传感器，其包括具有井的支架和部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底，所述纳米尺度图案化的传感衬底产生指示分析物的存在的光学散射响应信号；以及

光学询问器，其包括照射源和信号检测器，所述照射源用光学激励信号照射纳米尺度图案化的传感衬底，所述信号检测器检测光学散射响应信号，

其中所述可植入的纳米传感器被植入到流体导管内，所述照射源和所述信号检测器中的一个或两者在流体导管外。

11.根据权利要求10的纳米传感器系统，其中，所述纳米尺度图案化的传感衬底包括表面增强拉曼光谱学（SERS）衬底，并且其中所述光学散射响应信号是由所述分析物与所述SERS衬底之间的相互作用产生的拉曼散射信号。

12.根据权利要求10的纳米传感器系统，其中，可植入的纳米传感器还包括保护膜以覆盖井的开口，所述保护膜是半渗透的以促进分析物从流体导管到井内的通过。

13.根据权利要求10的纳米传感器系统，其中，所述支架具有表面中的多个分开的井，多个纳米尺度图案化的传感衬底中的不同的纳米尺度图案化的传感衬底被部署在分开的井中的一些井中，并且其中不同的纳米尺度图案化的传感衬底被功能化，以针对多个分析物中的不同的分析物是选择性的，并且产生指示各自的不同的分析物的光学散射响应信号。

14.一种使用可植入的纳米传感器的体内感测的方法，所述方法包括：

通过使用照射源来照射流体导管内的可植入的纳米传感器，所述可植入的纳米传感器包括具有井的支架和部署在井中的纳米尺度图案化的传感衬底，经照射的纳米尺度图案化的传感衬底产生指示分析物的存在的光学散射响应信号；以及

通过使用信号检测器来接收光学散射响应信号，

其中所述照射源和所述信号检测器中的一个或两者位于包含可植入的纳米传感器的流体导管外。

15.根据权利要求14的使用可植入的纳米传感器的体内感测的方法，其中，所述纳米尺度图案化的传感衬底包括表面增强拉曼光谱学（SERS）传感衬底，并且其中所述光学散射响应信号是由所述分析物和所述SERS衬底之间的相互作用产生的拉曼散射信号。