CN109470681B - 一种分子检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分子检测的方法，其包括以下步骤：提供一待测样品，该待测样品的表面分布有待测物分子；提供一分子载体，该分子载体包括一基底，一中间层以及一金属层，所述中间层夹于所述基底和所述金属层之间；所述中间层包括一基板及多个设置在该基板上的图案化凸起；将所述金属层远离所述基底的表面贴合于该待测样品的表面，使得所述待测物分子形成于所述金属层的表面；采用检测器对该金属层表面的待测物分子进行检测。

Description

一种分子检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于分子检测的分子载体，其制备方法以及采用该载体检测分子的方法。

背景技术

单分子检测(Single Molecule Detection,SMD)技术是一种超灵敏的检测技术，可以对单个分子进行检测，在化学分析、DNA测序、纳米材料分析、医学诊断、分子动力学机理、食品安全等领域应用广泛。与传统的分析方法相比，单分子检测法研究体系处于非平衡状态下的个体行为，或平衡状态下的波动行为，因此特别适合研究化学及生化反应动力学、生物分子的相互作用、结构与功能信息、重大疾病早期诊断、病理研究以及高通量药物筛选等。

目前在单分子检测技术中，一般是将待检测样品的检测物提取后放置在分子载体上进行检测，且检测时采用的分子载体大多采用硬质基底。同时，提取样品的过程可能会造成样品结构的破坏，提取样品的过程也使得检测方法变得繁琐。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种不会破坏待测样品的分子检测方法。

一种分子检测的方法，其包括以下步骤：提供一待测样品，该待测样品的表面分布有待测物分子；提供一分子载体，该分子载体包括一基底，一中间层以及一金属层，所述中间层夹于所述基底和所述金属层之间；所述中间层包括一基板及多个设置在该基板上的图案化凸起；将所述金属层远离所述基底的表面贴合于该待测样品的表面，使得所述待测物分子形成于所述金属层的表面；采用检测器对该金属层表面的待测物分子进行检测。

相较于现有技术，本发明的分子检测的方法具有以下有益效果：由于金属层13设置在图案化凸起122的表面，且图案化凸起122包括多个交叉设置的凸条或多个阵列式的凸块结构，因此，在外界入射光的激发下，金属表面等离子体发生共振吸收，而交叉设置的凸条或阵列式的凸块起到表面增强拉曼散射的作用，可提高SERS增强因子，增强拉曼散射。由于所述分子载体10采用柔性基底，该分子载体10的整体结构可随柔性基底随意弯折，从而使得该分子载体10整体表现为柔性结构，因此，该分子载体10可在不规则表面上进行分子检测，并可在待测物表面实现原位检测，方法简单、快速。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的分子载体的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的分子载体沿II-II方向的剖视图。

图3为本发明第一实施例提供的分子载体的制备方法流程图。

图4为图3的碳纳米管复合结构的沿线IV-IV的截面图。

图5为本发明第一实施例采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图6为本发明第一实施例采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图7为本发明第一实施例采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图8为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合结构的扫描电镜照片。

图9为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合结构的包覆三氧化二铝层的单根碳纳米管的扫描电镜照片。

图10为本发明第一实施例提供的单分子检测方法的流程图。

图11为检测器分别从分子载体的正面和反面测量不同待测物浓度的光谱图。

图12为拉曼光谱仪原位检测西红柿表面的4-ATP分子的检测照片。

图13为拉曼光谱仪原位检测西红柿表面的4-ATP分子的光谱检测结果。

图14为采用分子载体擦拭苹果表面后，分子载体上4-ATP分子的拉曼光谱检测结果。

图15为本发明第二实施例提供的分子载体的结构示意图。

图16为本发明第二实施例提供的分子载体的制备方法流程图。

图17为本发明第三实施例提供的分子载体的结构示意图。

图18为本发明第三实施例提供的多个分子载体的制备方法流程图。

图19为本发明第四实施例提供的分子检测装置的结构示意图。

图20为采用金属框架固定分子载体的结构示意图。

图21为本发明第四实施例提供的多个分子载体的结构示意图。

主要元件符号说明

分子载体	10，20
		基底	11
中间层	12
		衬底	121
图案化凸起	122
		孔洞	124
金属层	13
		碳纳米管复合结构	110
碳纳米管结构	112
		预制层	114
微孔	116
		待测样品	14
待测物分子	15
		固定元件	16
检测器	17
		控制电脑	18

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。

请一并参阅图1至图2，本发明第一实施例提供一种用于分子检测的分子载体10，该分子载体10包括一基底11，一中间层12以及一金属层13。具体地，所述中间层12设置在所述基底11的表面，所述金属层13设置在所述中间层12的表面。所述中间层12包括一衬底121及多个设置在该衬底121上的图案化凸起122，且所述图案化凸起122设置在所述衬底121远离基底11的表面上。所述图案化凸起122可包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞124。所述多个凸条的交叉处为一体结构。所述图案化凸起122也可包括多个凸块呈阵列式排布，该多个凸块间的凹槽交叉呈网状分布。

所述基底11可以为绝缘基底或半导体基底。该基底11为一柔性基底，其可放置于曲面表面上，并与曲面表面贴合。具体地，该基底11的材料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。本实施例中，所述基底11的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述基底11的形状、大小及厚度不限，可根据实际分子的检测需要选择。本实施例中，所述基底的形状为一平板状。

所述衬底121设置在所述基底11的表面上。所述衬底121的形状不限，只需具有两个相对设置的表面即可。所述衬底121的大小不限，厚度为50纳米-300纳米。优选地，该衬底121的厚度为100纳米-200纳米。当所述衬底121的厚度太薄，如小于100纳米，所述基底11会对后续痕量分子拉曼检测过程中的光谱图造成干扰或影响；当所述衬底121的厚度太厚，如大于200纳米，会使得所述分子载体10整体柔性度降低。所述衬底121与所述图案化凸起122可以是材料相同的一体结构，也可以是材料不同的多层结构。所述衬底可为二氧化硅、氮化硅等绝缘材料，氮化镓、砷化镓等半导体材料。本实施例中，所述衬底121与所述图案化凸起122是由二氧化硅形成的一体结构。所述图案化凸起122设置在所述衬底121远离基底11的表面上。本发明以所述图案化凸起122包括多个凸条为例，定义一部分沿着第一方向延伸的凸条为第一凸条，另一部分沿着第二方向延伸的凸条为第二凸条。所述第一方向和第二方向的夹角大于0度小于等于90度，优选地，大于等于30度。所述多个第一凸条基本平行，且所述多个第二凸条基本平行。本发明的凸条基本平行的特征是由于其制备方法中采用的碳纳米管掩模中碳纳米管的延伸方向基本平行的特征决定的。每个凸条的长度不限，宽度为20纳米-150纳米，高度为100纳米-500纳米，平行且相邻的凸条之间的间距为10纳米-300纳米。因此，所述孔洞124的开口尺寸为10纳米-300纳米，深度为100纳米-500纳米。优选地，每个凸条的宽度为50纳米-100纳米，高度为200纳米-400纳米，间距为10纳米-50纳米。本实施例中，所述多个第一凸条垂直于多个第二凸条。所述凸条从所述衬底121的一边延伸至另一边。所述凸条的高度为300纳米。

所述金属层13设置于所述图案化凸起122的表面。具体地，所述金属层13可以为连续的层状结构，也可以为非连续的层状结构。所述金属层13设置于所述多个凸条表面以及凸条之间的孔洞124内。所述金属层13也可仅设置于多个凸条的侧壁及相邻凸条之间的孔洞124内。所述金属层13可以为单层层状结构或多层层状结构。所述金属层13基本均匀沉积于凸条表面以及凸条之间的衬底121的表面。所述孔洞124处形成一间隙(Gap)，此处金属层13的表面可产生表面等离子体共振，从而可产生拉曼散射增强。所述金属层13的厚度为2纳米-200纳米，优选地，所述金属层13的厚度均一。所述金属层13的材料不限，可为金、银、铂、铜等金属。可以理解，所述金属层13的材料并不限于以上几种，任何常温下为固态的金属材料都可以。本实施例中，所述金属层13为厚度为10纳米的金。

本发明提供的分子载体具有以下优点：由于所述分子载体10中的基底11采用柔性基底，柔性基底能够很好贴合在不规则的表面上，因此，该分子载体10可在不规则表面上进行分子检测，并可在待测物表面实现原位检测；金属层13设置在多个凸条形成的网状结构上，在入射光的激发下，金属表面等离子体发生共振吸收，网络结构的凸条起到表面增强拉曼散射的作用，可提高SERS(Surface enhanced Raman scattering)增强因子，增强拉曼散射。

请一并参阅图3及图4，本发明第一实施例提供一种制备上述分子载体10的方法，其包括以下步骤：

步骤S11，在一基底11上设置一中间层12；

步骤S12，提供一具有多个微孔116的碳纳米管复合结构110，该碳纳米管复合结构110包括一碳纳米管结构112以及一包覆于该碳纳米管结构112表面的预制层114，且该碳纳米管结构112包括多个交叉设置的碳纳米管；

步骤S13，将所述碳纳米管复合结构110设置于所述中间层12的一表面123上，从而使所述中间层12的表面123部分暴露；

步骤S14，以该碳纳米管复合结构110为掩模干法刻蚀所述中间层12，从而得到一具有图案化凸起122的中间层12，且该图案化凸起122包括多个交叉设置的凸条；

步骤S15，去除所述碳纳米管复合结构110；

步骤S16，在所述图案化凸起122的表面沉积一金属层13。

在步骤S11中，所述中间层12可为二氧化硅、氮化硅等绝缘材料，硅、氮化镓、砷化镓等半导体材料。所述中间层12直接设置于所述基底11的表面上。本实施例中，所述中间层12通过等离子化学气相沉积法形成于所述基底11的表面。可以理解，在所述基底11上形成该中间层12的方法不限于此，任何可将该中间层12设置于所述基底11的方法都可以。

在步骤S12中，所述碳纳米管结构112包括多个有序排列且交叉设置的碳纳米管从而形成多个微孔，所述预制层114包覆于该多个碳纳米管的表面。优选地，所述预制层114包覆于每个碳纳米管的整个表面。所述多个碳纳米管通过范德华力紧密连接从而使该碳纳米管结构112及碳纳米管复合结构110形成一自支撑结构。所谓自支撑结构是指该结构可以无需一支撑体而保持一特定的膜状结构。因而，所述碳纳米管复合结构110具有自支撑性而可部分悬空设置。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管平行于所述碳纳米管结构112的表面。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管的长度为200微米～900微米。

所述碳纳米管结构112包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线或其组合。所述碳纳米管膜包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管膜中的多个碳纳米管沿一个方向延伸，该多个碳纳米管组成多个碳纳米管束，所述碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管膜的表面。具体地，该碳纳米管膜可包括一碳纳米管拉膜。该碳纳米管线可以为一非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。当所述碳纳米管结构112包括多个碳纳米管线时，该多个碳纳米管线相互平行间隔且呈一定角度交叉排列而形成一层状的碳纳米管结构。该层状的碳纳米管结构包括多个微孔，该微孔为一贯穿该层状的碳纳米管结构的厚度方向的通孔。该微孔的尺寸为1纳米～0.5微米。

请参阅图5，具体地，该碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管束。该多个碳纳米管束通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管束包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管束的直径为10纳米～200纳米，优选的，10纳米～100纳米。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管拉膜包括多个微孔。该微孔为一贯穿该层状的碳纳米管结构的厚度方向的通孔。该微孔可为孔隙和/或间隙。当所述碳纳米管结构112仅包括单层碳纳米管拉膜时，该碳纳米管拉膜中相邻的碳纳米管片段之间具有间隙，其中，该间隙的尺寸为1纳米～0.5微米。可以理解，在由多层碳纳米管拉膜组成的碳纳米管结构112中，相邻两个碳纳米管拉膜中的碳纳米管的排列方向有一夹角α，且0°＜α≤90°，从而使相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交叉组成一网状结构，该网状结构包括多个孔隙，该多个孔隙均匀且规则分布于碳纳米管结构112中，其中，该孔隙直径为1纳米～0.5微米。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.01微米～100微米。所述碳纳米管拉膜可以通过拉取一碳纳米管阵列直接获得。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2010年5月26日公告的第CN101239712B号中国公告专利“碳纳米管薄膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

请参阅图6，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米～100微米。非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。

所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图7，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米～100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。

所述碳纳米管线状结构及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利申请“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

本实施例中，所述碳纳米管结构112为两层垂直交叉设置的碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜直接从生长好的碳纳米管阵列拉取得到，该碳纳米管结构112中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。

所述预制层114的材料可为金、镍、钛、铁、铝、铬等金属、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铪等金属氧化物、或者金属硫化物等中的至少一种。可以理解，所述预制层114的材料不限于上述列举材料，还可以为二氧化硅等非金属氧化物、碳化硅等非金属碳化物或氮化硅等非金属氮化物等，只要可以物理性的沉积于所述碳纳米管结构112的表面，且在后续的刻蚀中间层12过程中不被刻蚀即可。所述物理性的沉积是指所述预制层114不与所述碳纳米管结构112发生化学反应，而是通过范德华力与所述碳纳米管结构112紧密结合，并附于所述碳纳米管结构112中碳纳米管的表面。所述预制层114的厚度不限，可为3纳米～50纳米。为了得到纳米级尺寸的纳米线阵列，以及避免所述碳纳米管结构112中的微孔过多的被所述预制层114覆盖，所述预制层114的厚度优选为3纳米～20纳米。所述碳纳米管复合结构110的微孔116孔径小于所述碳纳米管结构112中的微孔孔径。

所述碳纳米管复合结构110可以通过以下方法制备：首先，将所述碳纳米管结构112至少部分悬空设置；然后，在所述碳纳米管结构112表面沉积预制层114。

所述碳纳米管结构112具有相对的两个表面，所述碳纳米管结构112可通过一框架固定，位于框架内部的部分悬空设置，从而使得碳纳米管结构112充分暴露，以利于后续的在碳纳米管结构112相对的两个表面同时形成所述预制层114。所述框架为一中空的结构，具有一通孔。所述碳纳米管结构112的边缘可固定于所述框架中，位于中间的部分通过所述通孔暴露出来且悬空设置。通过所述框架，使得所述碳纳米管结构112的边缘能够牢固的固定，并保持位于通孔位置处的碳纳米管结构112充分暴露。本实施例中，所述框架为一“口”字形的边框，所述碳纳米管结构112的边缘通过所述边框固定。可以理解，所述碳纳米管结构112悬空设置的方式也可以为其他手段，比如金属网栅、具有中空结构的环状体等，只要实现使该碳纳米管结构112悬空即可。可通过电子束蒸镀法将所述预制层114沉积于所述碳纳米管结构112的表面。可以理解，所述沉积的方法不限于上述列举的方法，还可以为磁控溅射法、原子层沉积法等气相沉积法，只要保证所述预制层114在沉积的过程中不破坏所述碳纳米管结构112的形态和结构即可。

由于所述碳纳米管结构112悬空设置，因而所述碳纳米管结构112的两个表面均被所述预制层114覆盖。具体的，该预制层114包覆所述碳纳米管结构112中多个碳纳米管的至少部分表面。所述碳纳米管结构112包括多个微孔结构，可以理解，所述微孔结构中也可分布有所述预制层114。所述碳纳米管结构112中的碳纳米管与所述预制层114紧密结合，形成一整体的碳纳米管复合结构110。其中，所述碳纳米管结构112对所述预制层114起到支撑作用。所述碳纳米管复合结构110包括多个微孔116。所述微孔116为贯穿所述碳纳米管复合结构110的厚度方向的凹陷空间，该凹陷空间可为间隙或者微孔。

本实施例中，通过电子束蒸镀法在所述碳纳米管结构112的表面设置预制层114得到所述碳纳米管复合结构110，所述预制层114的材料为氧化铝，所述预制层114的厚度为5纳米。所述碳纳米管结构112中的每个碳纳米管被所述预制层114完全包覆。参见图8，为本实施例采用的碳纳米管复合结构110的扫描电镜照片。请参阅图9，为本实施例采用的碳纳米管复合结构110中包覆氧化铝层的单根碳纳米管的扫描电镜照片。

在步骤S13中，所述碳纳米管复合结构110可以直接设置于所述中间层12的表面123。具体的，可先将所述框架和所述碳纳米管复合结构110一起转移至所述中间层12的表面123，再移除所述框架。由于所述碳纳米管复合结构110具有多个微孔116，因而所述中间层12的表面123部分通过该多个微孔116暴露出来。所述碳纳米管复合结构110与所述中间层12的表面123之间并非完全紧密接触，部分的碳纳米管复合结构110与所述中间层12的表面123之间可能存在空气。

将所述碳纳米管复合结构110设置于所述中间层12的表面123之后，进一步还可以包括一通过溶剂对所述碳纳米管复合结构110进行处理，使所述碳纳米管复合结构110贴附在所述中间层12的表面123的表面的步骤。当向所述碳纳米管复合结构110的表面滴加溶剂，所述溶剂会浸润所述碳纳米管复合结构110，软化所述碳纳米管复合结构110，并将所述碳纳米管复合结构110与所述中间层12的表面123之间的空气排出。当所述溶剂被去除后，所述碳纳米管复合结构110与所述中间层12的表面123的表面形成紧密的接触。所述溶剂可为水、有机溶剂等。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。本实施例中，所述溶剂为乙醇，通过将所述乙醇滴加于所述碳纳米管复合结构110的表面，然后自然风干，使得所述碳纳米管复合结构110紧密贴附于所述中间层12的表面123。

在步骤S14中，所述干法刻蚀是指通入一气体在电场作用下得到一等离子体，该等离子体可与被刻蚀物质发生反应而得到挥发性物质，比如：反应性离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体刻蚀(ICPE)。本实施例中，通过反应性离子刻蚀法刻蚀所述被暴露的中间层12的表面123。具体的，通过向一等离子体系统通入一气体，所述气体可以为氧气、氯气、氢气、氯气、氩气、四氟化碳等。所述气体不限于上述列举气体，只要该气体可与中间层12发生反应即可。优选的，采用氯气和氩气的反应性离子刻蚀法刻蚀所述衬底12，其中，所述等离子体系统的功率是20瓦～70瓦，氯气等离子体的通入速率为10标况毫升每分钟(standard-state cubic centimeter per minute，sccm)，氩气等离子体的通入速率为40sccm，形成的气压为2帕，刻蚀时间为10秒～400秒。通过反应性离子刻蚀法刻蚀被暴露的中间层12的部分表面，由于等离子体充分与中间层12反应，故，该过程反应时间短，效率较高。

在刻蚀所述中间层12的过程中，所述刻蚀气体与被暴露的中间层12的部分发生化学反应，而并不与所述碳纳米管复合结构110的预制层114发生化学反应或者与预制层114发生化学反应的速度和程度远远小于刻蚀气体与中间层12发生的化学反应。即，所述碳纳米管复合结构110起到掩模的作用。所述刻蚀气体与中间层12的材料以及预制层114的材料可参见下表1。

表1刻蚀气体与中间层的材料、预制层的材料的对应表

编号	衬底的材料	预制层的材料	刻蚀气体
				1	SiO<sub>2</sub>	Al、Cr、Fe、Ti、Ni、或Au中的一种	CF<sub>4</sub>
2	SiN<sub>x</sub>	Al、Cr、Fe、Ti、Ni、或Au中的一种	CF<sub>4</sub>
				3	GaN	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Cl<sub>2</sub>和Ar<sub>2</sub>

在刻蚀的过程中，由于选择的刻蚀气体与预制层114不发生化学反应，而是与中间层12发生化学反应，因而被暴露的中间层12的表面会逐渐被刻蚀，而该中间层12被所述碳纳米管复合结构110覆盖的表面不会有变化。并且，由于所述碳纳米管复合结构110与所述中间层12的表面紧密结合，因而该中间层12被所述碳纳米管复合结构110覆盖的表面所形成的图形，与所述碳纳米管复合结构110悬空时向所述中间层12的正向投影所形成的图形一致。即最后得到的图案化凸起122的整体图案与所述碳纳米管复合结构110的整体图案基本相一致。

本实施例中，所述碳纳米管结构112采用多层交叉的碳纳米管拉膜时，通过改变相邻的碳纳米管拉膜的交叉角度可以得到具有不同图案的图案化凸起122。当采用正向交叉的碳纳米管拉膜作为碳纳米管结构时，得到的所述图案化凸起122包括多个沿两个垂直方向交叉排列的凸条。

所述图案化凸起122的凸条为类条状或条状结构。所述凸条的宽度为20纳米～150纳米。在垂直于碳纳米管的延伸方向上相邻的两个宽度之间的间距为10纳米～300纳米。所述图案化凸起122的凸条在垂直于所述中间层12的表面的方向上的尺寸定义为凸条的高度。所述凸条的高度不限，可根据具体刻蚀的时间而定，可为50纳米～1000纳米。所述多个凸条相互垂直交叉分布呈一网状结构。本实施例中，所述凸条的宽度为50纳米～100纳米，间距为10纳米～50纳米，高度为100纳米～500纳米。

可以理解，由于所述碳纳米管复合结构110中的碳纳米管包覆预制层114之后复合结构的直径、间距均在纳米级范围，因此，制备得到的图案化凸起122的凸条宽度和间距也在纳米级范围。因此，所述中间层12表面的图案化凸起122和多个孔洞124均为纳米结构。所述中间层12表面上相邻凸条的间距和相邻孔洞124的间距均为几十纳米，因此，大大提高了所述中间层12表面的纳米结构的密度，从而提高了SERS增强因子，增强拉曼散射。例如，当相邻凸条的间距和相邻孔洞124的间距均为20纳米，在1微米的宽度范围内，所述凸条和孔洞124的数量均为50。而现有技术中，微结构的制备通常采用光刻技术，由于受到分辨率限制，凸起和凹陷的纳米结构尺度难以全部控制在几十纳米范围内。

在步骤S15中，去除碳纳米管复合结构110的方法不限，可为超声法、撕除法、氧化法等。本实施例中，采用超声法去除所述碳纳米管复合结构110。具体地，将带有所述碳纳米管复合结构110的中间层置于一N-甲基吡咯烷酮的溶液中超声数分钟，由于N-甲基吡咯烷酮的极性较大，因而可容易将所述碳纳米管复合结构110与中间层分离。

在步骤S16中，在所述图案化凸起122的表面沉积金属层13的方法不限，可采用电子束蒸发、离子束溅射、原子层沉积、磁控溅射、蒸镀、化学气相沉积等方式。所述金属层13沉积在每个凸条的表面以及相邻凸条之间的中间层12的表面。所述金属层13的厚度为2纳米-200纳米，所述金属层13的材料不限，可为金、银、铜、铁或铝等金属。本实施例中，在所述中间层12表面垂直蒸镀10纳米厚度的金金属薄膜，从而将图案化凸起122全部覆盖。

本发明提供的分子载体的制备方法具有以下优点：采用柔性基底制备得到的分子载体10可在不规则表面上进行分子检测，并可在待测物表面实现原位检测；将金属层13沉积在多个凸条形成的网状结构上，从而在入射光的激发下，金属表面等离子体可发生共振吸收，网络结构的凸条可起到表面增强拉曼散射的作用，可提高SERS(Surface enhancedRaman scattering)增强因子，增强拉曼散射。而且，采用碳纳米管结构作为骨架，碳纳米管结构具有多个微孔，因而得到的掩模层也相应的具有多个微孔，该方法可轻易的实现图案化的掩模层。该制备方法简单、效率高，且易于产业化。

请参阅图10，本发明第一实施例进一步提供一种应用所述分子载体10的分子检测方法，所述检测方法主要包括以下步骤：

步骤S21，提供一待测样品14，该待测样品14的表面分布有待测物分子15；

步骤S22，提供一分子载体10，该分子载体10包括一基底11，一中间层12以及一金属层13，所述中间层12夹于所述基底11和所述金属层13之间；所述中间层12包括一衬底121及多个设置在该衬底121上的图案化凸起122；

步骤S23，将所述金属层13远离所述基底11的表面贴合于该待测样品14的表面，使得所述待测物分子15形成于所述金属层13的表面；

步骤S24，采用检测器对该金属层13表面的待测物分子15进行检测。

在步骤S21中，该待测样品14的表面可为任意表面，具体地，该待测样品14的表面可为平面、曲面或其它不规则表面，如苹果、西红柿的表面。所述待测物分子15的种类不限，且可以任意分布于待测样品14的表面，如残留在西红柿表面的农药等。本实施例中，该待测物分子为结晶紫(CV)。

在步骤S23中，由于所述基底11为一柔性基底，该分子载体10可直接贴附于待测样品14的表面，并可与该待测样品14表面的曲度保持一致。具体地，该金属层13直接与待测样品14的表面直接接触，进而，位于待测样品14表面的待测物分子15可相应粘附于所述金属层13上。进一步，在将该金属层13贴附于该待测样品14的表面之前，还可在该待测样品14的表面滴适量溶剂，使得待测物分子15溶于溶剂中，再将所述金属层13贴附至滴有溶剂的待测样品14的表面。由于待测物分子15溶于溶剂中，流动性提高，可更容易附着于所述金属层13的表面。同时，滴在所述待测样品14表面的溶剂还可排出待测样品14与金属层13之间的空气，使得所述分子载体10紧紧吸附在该待测样品14的表面上，而无需施加外力固定。其中，所述溶剂可为水、乙醇、丙醇等，所述溶剂可采用针管滴几滴至待测样品14表面，具体地，溶剂在该待测样品14表面铺展的面积等于或略大于所述金属层13的面积即可。

在步骤S24中，采用检测器如拉曼光谱仪可直接对该金属层13表面的待测物分子15进行原位检测，无需将所述分子载体10从待测样品14的表面取下。设定所述金属层13远离基底11的表面为所述分子载体10的正面，所述基底11远离金属层13的表面为所述分子载体10的反面。所述检测器可从分子载体10的正面入射检测，也可从分子载体10的反面入射检测，且均可用于检测待测物分子15。请参阅图11，检测器分别从分子载体的正面和反面测量不同待测物浓度的图谱，从图中可以看出，检测器从正面和反面测得的图谱基本一致。

在检测过程中，由于金属层13直接贴附于所述待测样品14的表面，检测器发出的激光可直接入射至所述基底11远离金属层13的表面进行检测，也就是说，检测器可从所述分子载体10的反面入射进行检测。请参阅图12-13，图12-13分别为拉曼光谱仪原位检测西红柿表面的结晶紫(CV)分子的检测照片及检测不同CV分子浓度图谱结果。其中，激光波长633nm，激光功率0.1mW，曝光时间5s。

当检测器直接从所述分子载体10的正面入射检测时，先将金属层13贴附于待测样品14表面后，采用该分子载体10对待测样品14的表面进行擦拭，使得待测样品14表面的待测物分子15部分转移至所述金属层13的表面，然后再将该分子载体10取下。这时，所述检测器可直接入射至所述金属层13的表面进行检测。请参阅图14，图14中为采用分子载体擦拭苹果表面后，检测该分子载体上对氨基苯硫酚(4-ATP)分子的检测图谱(III)与原位检测的检测图谱(I、II)的对比图。其中，激光波长633nm，激光功率0.1mW，曝光时间5s。从图中可以看出擦拭后检测的图谱与原位检测的图谱基本一致。

本发明提供的单分子检测方法，具有以下优点：由于金属层13设置在图案化凸起122的表面，且图案化凸起122包括多个交叉设置的凸条或多个阵列式的凸块结构，因此，在外界入射光的激发下，金属表面等离子体发生共振吸收，而交叉设置的凸条或阵列式的凸块起到表面增强拉曼散射的作用，可提高SERS增强因子，增强拉曼散射。由于所述分子载体10采用柔性基底，该分子载体10的整体结构可随柔性基底随意弯折，从而使得该分子载体10整体表现为柔性结构，因此，该分子载体10可在不规则表面上进行分子检测，并可在待测物表面实现原位检测，方法简单、快速。

请参阅图15，本发明第二实施例提供一种用于分子检测的分子载体20，该分子载体20包括一基底11，一中间层12，一碳纳米管复合结构110以及一金属层13。具体地，所述中间层12设置在所述基底11的表面，所述碳纳米管复合结构110设置在所述中间层12远离所述基底的表面，所述金属层13设置在所述碳纳米管复合结构110的表面。所述中间层12包括一衬底121及多个设置在该衬底121上的图案化凸起122，且所述图案化凸起122设置在所述衬底121远离基底11的表面上。所述图案化凸起122包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞124。所述多个凸条的交叉处为一体结构。

本发明第二实施例提供的分子载体20与第一实施例提供的分子载体10的结构基本相同，其区别在于，进一步包括一碳纳米管复合结构110设置于所述图案化凸起122的顶面和该金属层13之间。所述金属层13将该图案化凸起122和碳纳米管复合结构110全部覆盖。

请参阅图16，本发明第二实施例提供一种制备上述分子载体20的方法，其包括以下步骤：

步骤S31，提供一中间层12设置于一基底11上；

步骤S32，将一碳纳米管复合结构110设置于所述中间层12的一表面123上，从而使所述中间层12的表面123部分暴露；

步骤S33，以该碳纳米管复合结构110为掩模干法刻蚀所述中间层12，从而得到一具有图案化凸起122的中间层12，且该图案化凸起122包括多个交叉设置的凸条；

步骤S34，在所述碳纳米管复合结构110的表面沉积一金属层13，且该金属层13将所述碳纳米管复合结构110和中间层12全部覆盖。

本发明第二实施例提供的分子载体20的制备方法与第一实施例提供的分子载体10的制备方法基本相同，其区别在于，本实施例中无需去除所述碳纳米管复合结构110，而是直接在该碳纳米管复合结构110上直接沉积金属层13，该金属层13将所述碳纳米管复合结构110和中间层12全部覆盖。在该制备方法中，所述碳纳米管复合结构110既作为刻蚀中间层12的掩模，又作为沉积金属层13的掩模，不仅节约了制备成本，而且提高了制备效率。

本发明第二实施例进一步提供一种应用所述分子载体20的分子检测方法。该方法与本发明第一实施例进一步提供一种应用所述分子载体10的分子检测方法基本相同，其区别在于，采用的分子载体不同。

请参阅图17，本发明第三实施例提供一种用于分子检测的分子载体30，该分子载体30包括一基底11，一中间层12以及一金属层13。具体地，所述中间层12设置在所述基底11的表面，所述金属层13设置在所述中间层12的表面。所述中间层12包括一衬底121及多个设置在该衬底121上的图案化凸起122，且所述图案化凸起122设置在所述衬底121远离基底11的表面上。所述图案化凸起122包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞124。所述多个凸条的交叉处为一体结构。

本发明第三实施例提供的分子载体30与第一实施例提供的分子载体10的结构基本相同，其区别在于，所述金属层13为不连续的结构。具体地，所述金属层13仅设置于所述凸条的侧壁和相邻凸条之间的衬底121表面。即，所述金属层13仅设置于所述孔洞124的侧壁和底面上。

请参阅图18，本发明第三实施例提供一种制备上述分子载体30的方法，其包括以下步骤：

步骤S41，提供一中间层12设置于一基底11上；

步骤S42，将一碳纳米管复合结构110设置于所述中间层12的一表面123上，从而使所述中间层12的表面123部分暴露；

步骤S43，以该碳纳米管复合结构110为掩模干法刻蚀所述中间层12，从而得到一具有图案化凸起122的中间层12，且该图案化凸起122包括多个交叉设置的凸条；

步骤S44，在所述碳纳米管复合结构110的表面沉积一金属层13，且该金属层13将所述碳纳米管复合结构110和中间层12全部覆盖。

步骤S45，去除所述碳纳米管复合结构110。

本发明第三实施例提供的分子载体30的制备方法与第二实施例提供的分子载体20的制备方法基本相同，其区别在于，在所述图案化凸起122的表面沉积一金属层13后，再去除所述碳纳米管复合结构110。步骤S44中，该金属层13部分沉积在碳纳米管复合结构110表面，另一部分沉积在凸条侧面以及相邻凸条之间。步骤S45中，沉积在碳纳米管复合结构110表面的部分金属层13随着该碳纳米管复合结构110一起去除，在中间层12表面形成不连续的金属层13。同时，在实际制备过程中，碳纳米管复合结构去除后，在凸条的顶面与侧面的交界的位置会残留一些金属层边角，这些金属边角颗粒或小间隙对提高SERS增强作用。本发明第三实施例的方法中，所述碳纳米管复合结构110既作为刻蚀中间层12的掩模，又作为沉积金属层13的掩模，不仅节约了制备成本，而且提高了制备效率。

本发明第三实施例进一步提供一种应用所述分子载体30的单分子检测方法。该方法与本发明第二实施例进一步提供一种应用所述分子载体20的分子检测方法基本相同，其区别在于，采用的分子载体不同。

请参阅图19，本发明第四实施例提供一种上述分子载体10，20，30的分子检测装置1。本实施例仅以分子载体10为例说明。所述分子检测装置1包括一分子载体10，一固定元件16用于将所述分子载体10固定于待测样品的表面，一检测器17用于对分子载体10表面的待测物分子进行检测，以及一与该检测器17连接的控制电脑18。

所述固定元件16为任意可将所述分子载体10固定于待检测样品表面的固定装置。具体地，所述固定元件16可为一固定带，利用固定带将所述分子载体10绑于待检测样品的表面，并使得该固定带不会遮挡该分子载体10的全部图案化凸起122。请参阅图20，所述固定元件16还可为一可弯折的金属框架，将所述基底11的边缘固定于该金属框架上，该金属框架能够与分子载体同时弯折，从而该金属框架可将分子载体固定于待测样品14的表面。可以理解，当所述分子载体10可以单独附着于待测样品14表面时，所述固定元件16为一可选择元件。所述检测器17可为拉曼光谱仪或其它能够实现分子检测的检测器。

进一步，请参阅图21，所述分子检测装置1可包括多个分子载体10，所述多个分子载体10互相连接形成一分子载体条带，具体地，该多个分子载体10可共用同一基底，所述多个分子载体的图案化凸起位于该基底的同一表面。由于所述分子载体为一柔性结构，所述分子载体条带可卷曲成筒状，以节省空间，同时在使用时可按照需要截取，使用方便。

所述分子检测装置1使用时，将所述分子载体10通过所述固定元件16固定于所述待测样品的表面，再采用所述检测器17对分子载体10表面的待测物分子进行检测，该检测器17将检测结果发送至所述控制电脑18。所述控制电脑18对检测结果进行分析，从而实现对待测物分子进行实时动态监测。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种分子检测的方法，其包括以下步骤：

提供一待测样品，该待测样品的表面分布有待测物分子；

提供一分子载体，该分子载体包括一基底，一中间层以及一金属层，所述基底为一柔性基底，所述中间层夹于所述基底和所述金属层之间；所述中间层包括一基板及多个设置在该基板上的图案化凸起，所述基板的厚度范围为100纳米-200纳米，所述基板和图案化凸起是材料相同的一体结构，该分子载体整体为柔性分子载体；

将所述金属层远离所述基底的表面贴合于该待测样品的表面，使得所述待测物分子形成于所述金属层的表面；以及

采用检测器对该金属层表面的待测物分子进行检测，将所述金属层贴合于所述待测样品的表面后，并保持贴合动作，将所述检测器发出的激光入射至所述基底的表面进行检测。

2.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，所述待测样品的表面为平面、曲面、不规则表面中的一种或多种的组合。

3.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，该基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。

4.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，将所述金属层贴合于所述待测样品的表面时，所述分子载体与所述待测样品表面的曲度保持一致。

5.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，在将该金属层贴合于待测样品的表面之前，在该待测样品的表面滴加溶剂。

6.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，所述金属层的厚度范围为2纳米-200纳米。

7.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，所述图案化凸起包括多个凸条交叉设置形成网络结构，从而定义多个孔洞，所述金属层直接沉积在所述多个凸条表面以及凸条之间的孔洞内。

8.如权利要求1所述的分子检测方法，其特征在于，所述检测器为拉曼光谱仪。

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