CN107407633A - 基于等离子纳米粒子的机械变形传感器 - Google Patents
基于等离子纳米粒子的机械变形传感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种装置(517)，其包括通过可变形构件(518)彼此连接的第一和第二等离子纳米粒子(502a、502b)，第一和第二等离子纳米粒子各自被配置为当暴露于入射的电磁辐射(203)时呈现各自的等离子体共振，其中，在第一配置中，第一和第二等离子纳米粒子彼此足够接近，以使得它们各自的等离子体共振可以相互作用以产生合成的等离子体共振，以及其中，可变形构件的机械变形引起等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生可用于确定所述机械变形的第一配置的合成的等离子体共振的可检测变化。
Description
技术领域
本公开涉及机械变形传感器、相关联的方法和装置的领域，具体涉及被配置为基于检测到的由机械变形引起的等离子体共振的变化来确定可变形构件的机械变形的装置。某些示例可以特别适用于检测导致可变形构件的相关联的机械变形的分析物物质。
某些公开的示例性方面/实施例涉及便携式电子设备，特别是所谓的手持便携式电子设备，其可以在使用中被手持(尽管它们可以在使用中被放置在支架中)。这种手持便携式电子设备包括所谓的个人数字助理(PDA)、智能手表、智能眼镜和平板电脑。
根据一个或多个公开的示例性方面/实施例的便携式电子设备/装置可以提供一个或多个音频/文本/视频通信功能(例如，远程通信、视频通信和/或文本传输、短消息服务(SMS)/多媒体消息服务(MMS)/电子邮件功能、交互/非交互式观看功能(例如，网页浏览、导航、TV/节目观看功能)、音乐录音/播放功能(例如，MP3或其它格式和/或(FM/AM)无线广播录制/播放)、数据的下载/发送功能、图像捕获功能(例如，使用(例如，内置)数字照相机)和游戏功能。
背景技术
目前正在进行研究以开发具有提高的敏感性的新传感器。
先前公布的文件或本说明书中的任何背景的列举或讨论不应当被视为承认文件或背景是现有技术的一部分或是公知常识。
发明内容
根据第一方面，提供了一种装置，其包括通过可变形构件彼此连接的第一和第二等离子纳米粒子，所述第一和第二等离子纳米粒子各自被配置为当暴露于入射的电磁辐射时呈现各自的等离子体共振，
其中，在第一配置中，所述第一和第二等离子纳米粒子彼此足够接近，它们各自的等离子体共振可以相互作用以产生合成的等离子体共振，以及
其中，所述可变形构件的机械变形引起所述等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生可用于确定所述机械变形的所述第一配置的合成的等离子体共振的可检测变化。
机械变形可以由不同的刺激导致，不同的刺激包括热膨胀/收缩以及由加速度、磁场和声压中的一种或多种引起的变形中的一种或多种。
可变形构件可以是一个或多个可拉伸和压缩构件，其被配置为允许第一和第二等离子纳米粒子的接近度通过机械变形分别在第一和第二配置之间增加或减小。
可变形构件可以是柔性构件，其被配置为允许第一和第二等离子纳米粒子的相对取向通过机械变形在第一和第二配置之间变化。
可变形构件可以被配置为在从周围环境吸收分析物物质时在第一和第二配置之间进行膨胀，并且合成的等离子体共振的相应变化的检测可用于确定所述膨胀，因此确定该分析物物质的存在。
可变形构件可以包括在其上支撑有第一和第二等离子纳米粒子的基板。
可变形构件可以插入在第一和第二等离子纳米粒子之间。
在第一配置中，第一和第二等离子纳米粒子可以或可以不通过间隙彼此间隔开。
在第一配置中，第一和第二纳米粒子可以彼此间隔开不超过1nm、5nm、10nm、15nm或20nm。
第一和第二等离子纳米粒子可以各自具有长轴和短轴，并且在第一配置中第一等离子纳米粒子的长轴可以与第二等离子纳米粒子的长轴共线。
入射的电磁辐射可以沿着预先设定的偏振轴被偏振，并且该装置可以被配置为在第一配置中，使得第一和第二等离子纳米粒子的长轴被排列成基本上平行于入射的电磁辐射的偏振轴。
第一和第二等离子纳米粒子的大小、形状和材料中的至少一个可以被配置为使得当暴露于紫外线、可见光和红外辐射中的一种或多种时，第一和第二等离子纳米粒子呈现它们各自的等离子体共振。
该装置可以包括一个或多个其它的等离子纳米粒子，并且第一、第二和其它的等离子纳米粒子可以被设置为使得每个等离子纳米粒子通过可变形构件连接到相邻的等离子纳米粒子。
连接一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件可以与连接另一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件不同。
连接一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件可以与连接另一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件相同。
连接一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件可以包括与连接另一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件相同的材料。
可变形构件可包括可逆变形的材料。
可变形构件可以包括泡沫、交联聚合物、DNA晶体(lattice)、弹性体和嵌段共聚物中的一种或多种。
第一和第二等离子纳米粒子可以具有彼此相同的尺寸、形状和材料中的一种或多种。
第一和第二等离子纳米粒子可以包括纳米棒、纳米线和纳米管中的一种或多种。
第一和第二等离子纳米粒子可以包括贵金属、金、铂、银和铝中的一种或多种。
机械变形可以包括拉伸、压缩、弯曲和剪切应变中的一种或多种。
该装置可以是电子设备、便携式电子设备、便携式远程通信设备、移动电话、个人数字助理、平板电脑、平板手机、台式计算机、膝上型计算机、服务器、智能手机、智能手表、智能眼镜、传感器、机械变形传感器中的一个或多个以及用于其中的一个或多个的模块。
根据另一方面，提供了一种形成装置的方法，所述方法包括：
通过可变形构件将第一和第二等离子纳米粒子彼此连接，第一和第二等离子纳米粒子的每个被配置为当暴露于入射的电磁辐射时呈现各自的等离子体共振，
其中，在第一配置中，所述第一和第二等离子纳米粒子彼此足够接近，以使得它们各自的等离子体共振可以相互作用以产生合成的等离子体共振，以及
其中，所述可变形构件的机械变形引起所述等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生可用于确定所述机械变形的所述第一配置的合成的等离子体共振的可检测变化。
根据另一方面，提供了一种使用装置的方法，
所述装置包括通过可变形构件彼此连接的第一和第二等离子纳米粒子，所述第一和第二等离子纳米粒子每个被配置为当暴露于入射的电磁辐射时呈现各自的等离子体共振，其中，在第一配置中，所述第一和第二等离子纳米粒子彼此充分接近，它们各自的等离子体共振可以相互作用以产生合成的等离子体共振，并且其中，可变形构件的机械变形引起等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生可用于确定所述机械变形的所述第一配置的合成的等离子体共振的可检测变化，
该方法包括：
基于检测到的由所述机械变形引起的合成的等离子体共振的变化，确定可变形构件的机械变形。
在此公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行，除非技术人员明确地陈述或理解。
用于实现在此公开的一个或多个方法的对应的计算机程序(其可以或可以不记录在载体上)也在本公开内并被一个或多个所述示例实施例包括。
本公开包括单独或以各种组合的一个或多个对应的方面、示例实施例或特征，无论是否以该组合或单独地具体陈述(包括要求保护的)。用于执行所讨论的功能中的一个或多个的对应装置也在本公开内。
上述发明内容仅仅是示例性的而非限制性的。
附图说明
现在仅通过示例的方式参考附图给出描述，在附图中：
图1示意性地示出了表面等离子体激元；
图2示意性地示出了局部的表面等离子体；
图3示意性地示出了用于测量纳米粒子的消光谱的典型实验设置；
图4示意性地示出典型的消光谱；
图5示意性地示出了本装置的一个示例；
图6示意性地示出了由纳米粒子间隔的变化引起的消光谱的变化；
图7示意性地示出了由纳米粒子取向的变化引起的消光谱的变化；
图8示意性地示出了由剪切应力引起的纳米粒子的相对取向的变化；
图9示意性地示出了本装置的另一个示例；
图10示意性地示出了本装置的另一个示例；
图11示意性地示出了制造本装置的方法的主要步骤；
图12示意性地示出了使用本装置的方法的主要步骤；
图13示意性地示出了包括被配置为执行、控制或启用图11或图12的方法步骤的计算机程序的计算机可读介质；
图14a-14c示意性地示出了本装置的另外的示例。
具体实施方式
图1示意性地示出了表面等离子体激元(surface plasmon polariton)101。表面等离子体激元是相干(coherent)的离域电子振荡，其响应于入射的电磁辐射的激发在金属/电介质界面处生成。表面等离子体中的电荷运动也产生延伸到金属外部的电磁场。因此，表面等离子体激元101是包括电荷运动和相关联的电磁场两者的总激发。这种现象形成了几种用于测量材料在金属表面上的吸附的现有技术的基础。
图2示意性地示出了局部的表面等离子体。局部的表面等离子体是限制于金属纳米粒子202的变化密度振荡。所示示例示出了响应于入射电磁波203的电场204在金属球体202的表面上的等离子体振荡。示出了导电电子电荷云205的位移。
通过电磁辐射的局部的表面等离子体的激发导致强烈的光散射、强烈的表面等离子体吸收带的出现以及局部电磁场的增强。当纳米粒子上的入射的波长的光与纳米粒子等离子体振荡的本征模式共振时，生成局部的表面等离子体共振(在本文中简称为“等离子体共振”)。根据Mie散射理论，当对于金属纳米粒子上的入射平面波的消光截面的共振条件满足以下时，
其中，εmetal和εdiel分别为金属和电介质材料的介电常数，并且χ是取决于纳米粒子的几何形状的因子。对于球体，χ值为2，但对于具有高的纵横比率(诸如纳米棒)的粒子几何形状，其值可以大至20。基于该等式，具有负实(negative real)和小正虚(positiveimaginary)的介电常数的材料能够支撑表面等离子体(诸如银和金)。然而，仅当金属的实介电常数大于电介质材料的实介电常数时，才能满足激发的条件。
金属球体的消光谱(吸收加散射)如下：
其中，εin和εout分别为金属纳米粒子和外部环境的介电常数，εr和εi分别为波长依赖的金属介电函数的实部和虚部，Na为Avagadro’s常数，λ为入射辐射的波长。与纳米粒子相关联的光的消光取决于εout(或折射率、n，因为两者通过ε＝n2相关联)的任何变化。
等式1和2表明消光光谱取决于局部的介电环境(εdiel和εout分别在等式1和2)。因此，局部的介电环境的任何变化将导致消光波长最大值(共振波长)λmax的移动和强度的变化。这可用于检测纳米粒子的表面上或周围电介质中的分析物物质的存在和/或浓度。
图3示出了测量纳米粒子等离子体共振谱-透射(transmission)表面等离子体共振光谱的一种方法。这里，通过记录穿过样品的光的波长依赖性来测量纳米粒子的消光谱。在该示例中，来自源307的光306沿着光纤308被引导并通过透镜309被聚焦到样品上。将样品浸入电介质(诸如空气、水或其它溶剂)中，并且包括结合到分析物分子310并支撑在透明基板311上的纳米粒子层302。当等离子体共振被激发时，导致激发的波长的光被吸收和/或散射。使用分光光度计313的探针312检测样品后面的照明光束306。然后，入射到探针上的光被引导到分光光度计内的电荷耦合器件(CCD)照相机(未示出)。数据随后被发送(例如通过电缆314)到计算机315进行处理，并且显示消光谱316用于分析。
图4示出了典型的消光谱的示例，消光谱显示每个波长的光的吸收和/或散射。透射几何形状将等离子体共振波长作为消光曲线中的最大值。分析物在结合到纳米粒子之前和之后的峰分别由数字416a和416b来表示，并且对应的等离子体共振波长分别表示为λmax1和λmax2。在这种情况下，在纳米粒子的表面处的结合导致峰值波长的移动以及强度的增加。
本申请不是使用表面等离子体共振光谱来直接检测分析物物质，而是将该技术应用于机械变形的检测/测量(在某些实施例中，其可以间接地用于检测分析物物质)。现有的变形传感器通常将材料的机械变形转变为电信号，并且通常受限于单一类型的应变的检测。然而，使用表面等离子体共振光谱允许根据光信号确定几种不同类型的应变。这消除了对电接触的需要，这对于附着的接触可能是困难的生物医学应用特别有利。它还提供了高敏感性的系统，其中，即使材料的纳米尺度位移可以产生可检测的信号。
图5示出了本装置517的一个示例。该装置包括通过可变形构件518(其可以是或可以不是可逆变形的)彼此连接的第一502a和第二502b等离子纳米粒子。在这个意义上，术语“等离子”可以被认为意味着当暴露于入射的电磁辐射时，第一502a和第二502b纳米粒子各自被配置为呈现各自的等离子体共振。
装置517可在第一和第二配置之间变形。在第一配置(如图5所示)中，第一502a和第二502b等离子纳米粒子彼此足够接近，它们各自的等离子体共振可以相互作用以产生合成的(例如，组合/累积)等离子体共振。如果应力然后施加到装置517，则可变形构件518的机械变形519引起等离子纳米粒子502a、502b的相对位置变化到第二配置，以产生可用于确定所述机械变形519的第一配置的合成的等离子体共振的可检测变化。
在该具体示例中，第一502a和第二502b等离子纳米粒子是纳米棒。当单独的纳米棒502a被电磁辐射照射时，它产生两个主要的等离子体共振(其它除外)：一个对应于沿着短/横轴520(横向共振)的激发，另一个对应于长/纵轴521的激发(偶极共振)。消光谱内的这些共振的大小和位置取决于纳米棒502a的尺寸、形状和材料。
如果另一个纳米棒502b然后在第一棒502a的端部处共线地设置，以使得在各自的端面523a、523b之间存在小的间隙522(例如，1-20nm)，则这将导致每个棒502a、502b的偶极共振相互作用，并将共振从它的原始位置红移以产生合成的(例如，组合/累积)等离子体共振。等离子体共振的移动变化取决于间隙大小522。通常，棒端面523a、523b越靠近，红移越大。因此，如果纳米棒502a、502b具有预先校准的接近度，该接近度产生初始的合成的等离子体共振，则它们的接近度的变化将产生合成的等离子体共振的变化，根据该合成的等离子体共振的变化，新的接近度(和/或接近度的变化)可以被确定。
进行模拟以证明这种技术，其中，两个共线的金纳米棒之间的间隙从5nm增加到30nm，而纳米棒在低红外范围内被电磁辐射照射。在这些模拟中，其中一个纳米棒具有260nm的长度和60nm的直径，另一个纳米棒具有125nm的长度和60nm的直径，并且纳米棒被浸入水中(并因此被水分离)。
图6示出了模拟的消光谱。从这些图可以看出，随着粒子间的间隔从5nm增加到30nm，所得偶极共振的波长从1530nm移动到1370nm。此外，四极共振从900nm移动到840nm。如上所述，该测量的共振波长的移动允许纳米粒子位移的定量测量。
本技术不限于金纳米棒。通常，呈现出上述行为的任何尺寸、形状和材料都适合使用。在这方面，第一和第二等离子纳米粒子可以包括由金属、金、铂、银、铝或另一种贵金属中的一种或多种形成的纳米棒、纳米线或纳米管。第一和第二等离子纳米粒子也不需要相同。因此，第一等离子纳米粒子可以具有或可以不具有与第二等离子纳米粒子相同的大小、形状和材料中的一种或多种。此外，四极或其它更高阶共振而不是偶极共振的移动可用于测量/检测机械变形(对于给定直径的纳米棒，横向共振峰位置的移动相对于其它共振的移动可以被认为是小的，横向共振可以被认为在很大程度上取决于纳米棒直径，而不是粒子间的间隔)。
此外，尽管在图6的模拟中使用了在低红外范围内的电磁辐射，但是第一和第二纳米粒子的尺寸、形状、材料和间隔中的至少一个可以被配置为使得当暴露于紫外线、可见光和红外辐射中一种或多种时它们呈现出它们各自的等离子体共振。例如，可以通过减小粒子间的间隔或增加金纳米棒的纵横比率来配置深红外传感器。类似地，可以通过减小金纳米棒的纵横比率或用银纳米棒代替它们来配置可见光传感器，而可以通过用铝纳米棒代替金纳米棒来配置紫外线传感器。
可变形构件的配置还可取决于具体的应用。在图5所示的示例中，可变形构件518是一个或多个可拉伸和压缩构件，其被配置为允许第一502a和第二502b等离子纳米粒子的接近度通过机械变形519在第一和第二配置之间增加和减小。这允许装置517用于检测/测量拉伸和压缩应变。附加地或可替代地，可变形构件518可以被配置为允许第一502a和第二502b等离子纳米粒子的相对取向通过机械变形519在第一和第二配置之间变化。这种配置允许装置517用于检测/测量弯曲或剪切应变。
图7展示了纳米粒子取向的变化如何也可以引起消光谱的变化。该图示出了通过将单个纳米棒暴露于偏振光和非偏振光而获得的模拟消光谱。在这些模拟中，使用长度为640nm以及直径为80nm的金纳米棒，并且将光的偏振平行于纳米棒的长轴取向。
从图中可以看出，当入射光的电场沿着棒的长轴取向时，只有奇数阶共振(在这种情况下是偶极和八极)被激发，而全部共振(偶极、四极、八极和横向)被非偏振光激发。此外，四极共振被非偏振光激励，牺牲八极共振的大小，其几乎完全消失。
对偏振的敏感性使得本装置能够用于检测弯曲或剪切应变。例如，如果图5的装置被沿着纳米棒502a、502b的长轴521偏振的入射光照射，则棒502a、502b从该第一配置到第二配置的相对取向的变化将导致消光谱的相应变化。
图8示出了本装置817的另一个示例。在该示例中，装置817包括多个等离子纳米棒对824，每个等离子纳米棒对具有插入在第一802a和第二802b等离子纳米棒之间的可变形构件818。在每个对824中，第一纳米棒802a的长轴与第二纳米棒802b的长轴共线，并且纳米棒对824通过支撑基板825a、825b彼此平行地保持。从该图可以看出，第一支撑基板825a被附接到每个纳米棒对824的一端(即，在第一纳米棒802a的端面处)，并且第二支撑基板825b被附接到每个纳米棒对824的相对端(即，在第二纳米棒802b的端面处)。
当剪切力819施加到装置817时，第一支撑基板825a将相对于第二支撑基板825b横向移动，导致每个纳米棒对824的第一802a和第二802b纳米棒的相对取向从第一(初始)配置变化到第二配置。如上述示例，如果在第一配置中，入射的电磁辐射的偏振826平行于第一802a和第二802b纳米棒的长轴取向，则取向的这种变化将导致消光谱的相应变化。然后四极共振的检测或(例如)偶极共振的减小可然后用于确定施加了剪切力819。此外，如果针对不同的剪切力819校准特定共振的大小，则可以基于所述共振(或共振的变化)的测量来量化施加的力819。
尽管如上所述使用偏振光来确定弯曲和剪切应变，但也可以使用非偏振光。这是因为第一和第二纳米棒的相对取向的变化将影响它们各自的等离子体共振的相互作用，这是由于它们的端面的轴向不对准和接近度的变化。
图9示出了本装置917的另一个示例。在该示例中，装置917除了第一902a和第二902b等离子纳米粒子之外还包括其它的等离子纳米粒子902c，纳米粒子902a-902c被设置为使得每个等离子纳米粒子902a-902c通过可变形构件918a、918b连接到相邻的等离子纳米粒子902a-902c。尽管此处仅示出其它的一个纳米粒子902c，但是装置917可以包括多个其它的纳米粒子902c。此外，可以使用其它类型的纳米粒子代替这里所示的纳米棒。
在一些实施例中，连接相邻等离子纳米粒子902a、902b的一对924a的可变形构件918a可以是与连接相邻等离子纳米粒子902b、902c的另一对924b的可变形构件918b相同(例如，可变形构件918a、918b可由相同材料制成)。该设置可以用于监测单个装置917的不同区域处的机械变形，通过用电磁辐射照射每个区域内的纳米粒子对924a、924b并测量其各自的等离子体共振。
在其它实施例中，连接相邻等离子纳米粒子902a、902b的一对924a的可变形构件918a可以与连接另一对相邻等离子纳米粒子902b、902c的可变形构件918b不同(例如，可变形构件918a、918b可以由不同的材料制成)。由于每个可变形构件918a、918b的不同配置(例如，可拉伸、可压缩和/或柔性)，该设置可用于采用装置917监测不同类型的变形(例如，拉伸、压缩、弯曲和/或剪切应变)，通过用电磁辐射照射相关的纳米粒子对924a、924b并测量它们各自的等离子体共振。
在一些情况下，可变形构件可配置为在从周围环境吸收分析物物质时，在第一和第二配置之间进行膨胀。在这种情况下，合成的等离子体共振的相应变化的检测可用于确定所述膨胀，从而确定分析物物质的存在。例如，石墨烯氧化物的亲水特征允许它从周围环境中吸收水。因此，如果石墨烯氧化物泡沫用于连接一对相邻等离子纳米粒子，则泡沫将在吸收水时膨胀，这可以用于提供环境湿度的光学指示。
在图9所示的示例中，分离第一902a和第二902b纳米棒的可变形构件918a包括气隙可压缩泡沫，而分离第二902b和第三902c纳米棒的可变形构件918b包括石墨烯氧化物泡沫。因此，第一902a和第二902b纳米棒(与气隙可压缩泡沫918a一起)可用于确定纵向拉伸或压缩应变的存在和/或大小。此外，第二902b和第三902c纳米棒(与石墨烯氧化物泡沫918b一起)可用于确定周围环境中的水的存在和/或量。因此，在同一装置917内使用不同的可变形构件918a、918b增加了感测功能。
在目前为止描述和示出的每个示例中，可变形构件插入在相邻的等离子纳米粒子之间。然而，在一些情况下，可变形构件可包括在其上支撑有相邻的等离子纳米粒子的基板。例如，等离子纳米粒子可以简单地在由一种或多种所期望的可变形材料形成的平面基板上生长或沉积(并固定在位置中)。该配置可以通过避免需要在纳米粒子之间沉积材料来促进装置的制造，这可与高纵横比率的纳米粒子(诸如纳米棒)一起具有挑战性。
图14a-14c示出了本装置1417的示例，其中，可变形构件1418包括支撑基板。在图14a中，第一1402a和第二1402b等离子纳米粒子形成在支撑基板1418的上表面上，以使得在第一配置中，纳米粒子1402a、1402b之间存在间隙1422。在图14b的示例中，另一方面，第一1402a和第二1402b等离子纳米粒子位于基板1418上，以使得在第一配置中，纳米粒子1402a、1402b之间基本上没有间隙1422。在图14c的示例中，基板1418包括分离第一1402a和第二1402b等离子纳米粒子的突起1430。因此，在后一种情况下，基板1418支撑第一1402a和第二1402b等离子纳米粒子，并插入在第一1402a和第二1402b等离子纳米粒子之间。
许多不同的方法可用于制造本装置。一种方法包括使用在线(on-wire)光刻通过铝阳极氧化物(aluminium anode oxide)模板形成一维间隙的纳米棒结构。在该方法中，第一纳米棒被电镀，之后是沉积可变形构件和第二纳米棒，随后从模板中去除该结构。第一和第二纳米棒可以包括金、铂、银、铝或另一种贵金属中的一种或多种。各种不同的材料可用于形成可变形构件。合适的实例包括泡沫(例如，石墨烯泡沫、石墨烯氧化物泡沫或混合石墨烯氧化物-氮化硼泡沫)、交联聚合物、DNA晶体、弹性体(聚二甲基硅氧烷)和嵌段共聚物。
由于等离子纳米粒子的尺寸，用于连接纳米粒子的任何多孔可变形构件应具有纳米范围内的孔尺寸。这可以通过去除嵌段共聚物的一相以生成连续相(gyroid)结构，或者通过使用化学气相沉积(或另一种沉积技术)将可变形材料沉积到纳米多孔金属泡沫模板上来实现。
图10示出了本装置1017的另一示例。装置1017可以是电子设备、便携式电子设备、便携式远程通信设备、移动电话、个人数字助理、平板电脑、平板手机、台式计算机、膝上型计算机、服务器、智能手机、智能手表、智能眼镜、传感器、机械变形传感器中的一个或多个以及用于其中的一个或多个的模块。
在该示例中，装置1017包括与图3的光谱设备一起的先前描述的等离子纳米粒子1002a、1002b和可变形构件1018。具体地，光谱设备包括用于产生电磁辐射1006的光源1007、用于将电磁辐射1006聚焦到等离子纳米粒子1002a、1002b上的透镜1009、用于在吸收/散射之后检测样品后面的电磁辐射1006的探针1012、用于将电磁辐射1006引导到透镜1009并从探针1012引导电磁辐射1006的光纤1008、用于通过等离子纳米粒子1002a、1002b测量电磁辐射1006的吸收/散射的分光光度计1013、用于将吸收/散射数据从分光光度计1013传送到计算机1015的电缆1014以及用于处理吸收/散射数据并将吸收/散射数据显示为消光谱1016的计算机1015。
计算机1015本身可以被配置为测量等离子纳米粒子1002a、1002b的合成的/组合/累积等离子体共振，并且确定等离子体共振的任何变化，例如，相对于第一配置中的初始测量。附加地或可替代地，计算机1015可以被配置为基于由所述机械变形引起的所检测到的等离子体共振的变化来确定可变形构件1018的机械变形。
为了实现这一点，计算机1015可以包括被配置为存储来自分光光度计1013的吸收/散射数据的存储介质(未示出)和被配置为执行上述计算的处理器(未示出)。处理器还可以被配置为通过向其它组件提供信令并从其它组件接收信令以管理他们的操作的计算机1015的一般操作。此外，存储介质可以被配置为存储被配置为执行、控制或启用计算机1015的操作的计算机代码。存储介质还可以被配置为存储用于其它组件的设置，以使得处理器可以检索该设置以管理他们的操作。
处理器可以是包括专用集成电路(ASIC)的微处理器。存储介质可以是诸如易失性随机存取存储器之类的临时存储介质。另一方面，存储介质可以是诸如硬盘驱动器、闪速存储器或非易失性随机存取存储器的永久存储介质。
图11示意性地示出了形成在此所述的装置的方法的主要步骤。该方法通常包括1127：通过可变形构件将第一和第二等离子纳米粒子彼此连接。类似地，图12示意性地示出了使用在此所述的装置的方法的主要步骤。该方法通常包括1228：基于由所述机械变形引起的所检测到的合成的等离子体共振的变化来确定可变形构件的机械变形。
图13示意性地示出了根据一个实施例的提供计算机程序的计算机/处理器可读介质1329。计算机程序可以包括被配置为执行、控制或启用图11和/或图12的方法步骤1127、1228的计算机代码。在该示例中，计算机/处理器可读介质1329是诸如数字通用盘(DVD)或光盘(CD)的磁盘。在其它实施例中，计算机/处理器可读介质1329可以是已经以执行创造性功能的方式被编程的任何介质。计算机/处理器可读介质1329可以是诸如存储棒或存储卡(SD、mini SD、micro SD或nano SD)的可移动存储设备。
附图中描绘的其它实施例已经提供了对应于之前描述的实施例的相似特征的参考标记。例如，特征编号1还可以对应于编号101、201、301等。这些编号的特征可以出现在附图中，但是在这些特定实施例的描述内可能未直接提及。在附图中仍然已经提供了这些以帮助理解其它实施例，特别是涉及相似的之前描述的实施例的特征。
本领域技术人员将理解，任何所提及的装置/设备和/或特定的所提及的装置/设备的其它特征可以由如下装置来提供，该装置被设置为使得它们被配置为仅在被启用(例如，接通等)时才执行期望的操作。在这种情况下，它们可不必在未启用(例如，切断状态)中将适当的软件加载到活动存储器中，并且仅加载启用(例如，接通状态)中的适当的软件。该装置可包括硬件电路和/或固件。该装置可包括加载到存储器上的软件。这种软件/计算机程序可以记录在相同的存储器/处理器/功能单元上和/或一个或多个存储器/处理器/功能单元上。
在一些实施例中，特定的所提及的装置/设备可以用适当的软件来预编程以执行期望的操作，其中适当的软件可以被启用以供用户下载“密钥”，例如解锁/启用软件及其相关功能。与这种实施例相关联的优点可以包括在设备需要其它功能时减少对下载数据的需求，并且这在设备被视为具有足够的容量来存储用于可能没有被用户启用的功能的这种预编程软件的示例中是有用的。
应当理解，任何所提及的装置/电路/元件/处理器除了具有所提及的功能之外，可具有其它功能，并且这些功能可由相同的装置/电路/元件/处理器来执行。一个或多个公开的方面可包括记录在适当的载体(例如，存储器、信号)上的相关联的计算机程序和计算机程序(其可以是源/传输编码的)的电子分发。
应当理解，在此描述的任何“计算机”可以包括一个或多个单独的处理器/处理元件的集合，该处理器/处理元件可以位于或可以不位于相同的电路板上，或者电路板的相同区域/位置上，或者甚至相同设备上。在一些实施例中，任何所提及的处理器中的一个或多个可以分布在多个设备上。相同或不同的处理器/处理元件可执行在此所述的一个或多个功能。
应当理解，术语“信令”可以指作为一序列发送的和/或接收的信号而发送的一个或多个信号。该序列的信号可包括一个、两个、三个、四个或甚至更多个单独的信号分量或不同的信号以组成所述信令。这些单独的信号中的一些或全部可以同时、按顺序和/或使得它们在时间上彼此重叠来发送/接收。
参考任何所提及的计算机和/或处理器和存储器(例如，包括ROM、CD-ROM等)的任何讨论，这些可包括计算机处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或已经以执行本发明功能的方式编程的其它硬件部件。
申请人特此独立地公开了在此描述的每个单独的特征以及两个或多个这种特征的任意组合，其程度使得这些特征或组合能够根据本领域技术人员的一般知识基于作为整体的本说明书来执行，而不管这种特征或特征的组合是否解决了在此公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出所公开的方面/实施例可以由任何这种单独特征或特征组合组成。鉴于前述描述，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的范围内进行各种修改。
虽然已经示出、描述和指出了应用于其不同实施例的基本新颖特征，但是应当理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以由本领域技术人员做出所描述的设备和方法的形式和细节的各种省略、替换和改变。例如，明确地旨在以基本相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同结果的那些元件和/或方法步骤的全部组合都在本发明的范围内。此外，应当认识到，结合任何公开的形式或实施例示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以包括在任何其它公开或描述或建议的形式或实施例中作为一般事项的设计选择。此外，在权利要求中，功能性限定装置条款旨在覆盖在此描述为执行所述功能的结构，而不仅仅是结构等同物，而且还是等同结构。因此，尽管钉子和螺钉可能不是结构等同物，因为钉子采用圆柱形表面以将木质部件固定在一起，而螺钉采用螺旋形表面，但是在紧固木质部件的环境中，钉子和螺钉可以是等同结构。
Claims (15)
1.一种装置，包括通过可变形构件彼此连接的第一等离子纳米粒子和第二等离子纳米粒子，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子各自被配置为当暴露于入射的电磁辐射时呈现各自的等离子体共振，
其中，在第一配置中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子彼此足够接近，以使得它们各自的等离子体共振能够相互作用以产生合成的等离子体共振，以及
其中，所述可变形构件的机械变形引起所述等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生能够用于确定所述机械变形的所述第一配置的所述合成的等离子体共振的可检测变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变形构件是一个或多个可拉伸和压缩构件，其被配置为允许所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子的接近度通过所述机械变形在所述第一配置和所述第二配置之间增加或减小。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述可变形构件是柔性构件，其被配置为允许所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子的相对取向通过所述机械变形在所述第一配置和所述第二配置之间变化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述可变形构件被配置为在从周围环境吸收分析物物质时在所述第一配置和所述第二配置之间进行膨胀，其中，所述合成的等离子体共振的相应变化的检测能够用于确定所述膨胀，并因此确定所述分析物物质的存在。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述可变形构件包括在其上支撑有所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子的基板。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述可变形构件插入在所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子之间。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，在所述第一配置中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子通过间隙彼此间隔开。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子各自具有长轴和短轴，其中，在所述第一配置中，所述第一等离子纳米粒子的所述长轴与所述第二等离子纳米粒子的所述长轴共线。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述入射的电磁辐射沿着预先设定的偏振轴被偏振，其中，所述装置被配置为使得在所述第一配置中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子的所述长轴被排列成基本上平行于所述入射的电磁辐射的所述偏振轴。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子的尺寸、形状和材料中的至少一个被配置为使得当暴露于紫外线、可见光和红外辐射中的一种或多种时，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子呈现它们各自的等离子体共振。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置包括一个或多个其它等离子纳米粒子，其中，所述第一等离子纳米粒子、所述第二等离子纳米粒子和所述其它等离子纳米粒子被设置成使得每个等离子纳米粒子通过可变形构件连接到相邻的等离子纳米粒子。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，连接一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件与连接另一对相邻的等离子纳米粒子的可变形构件不同。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述可变形构件包括可逆变形的材料。
14.一种形成装置的方法，所述方法包括：
通过可变形构件将第一等离子纳米粒子和第二等离子纳米粒子彼此连接，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子各自被配置为当暴露于入射的电磁辐射时呈现各自的等离子体共振，
其中，在第一配置中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子彼此足够接近，以使得它们各自的等离子体共振能够相互作用以产生合成的等离子体共振，以及
其中，所述可变形构件的机械变形引起所述等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生能够用于确定所述机械变形的所述第一配置的所述合成的等离子体共振的可检测变化。
15.一种使用装置的方法，
所述装置包括通过可变形构件彼此连接的第一离子体纳米粒子和第二等离子纳米粒子，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子各自被配置为当暴露于入射的电磁辐射时呈现各自的等离子体共振，其中，在第一配置中，所述第一等离子纳米粒子和所述第二等离子纳米粒子彼此足够接近，以使得它们各自的等离子体共振能够相互作用以产生合成的等离子体共振，其中，所述可变形构件的机械变形引起所述等离子纳米粒子的相对位置变化到第二配置，以产生能够用于确定所述机械变形的所述第一配置的所述合成的等离子体共振的可检测变化，
所述方法包括：
基于由所述机械变形引起的合成的等离子体共振的可检测变化来确定所述可变形构件的机械变形。
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