CN113140911A - 生物传感器、超表面装置及制造其的方法 - Google Patents

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朱爀
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Abstract

公开了一种生物传感器、超表面装置以及制造其的方法。所述超表面装置包括介电层、铝纳米盘和铝层。介电层包括彼此相对的顶表面和底表面。介电层还包括在介电层的顶表面与底表面之间延伸的至少一个环状腔。铝纳米盘形成在介电层中的所述至少一个环状腔中。铝层形成在介电层上，并且包括在铝层的顶表面与底表面之间延伸的至少一个环状腔。铝层中的每个环状腔对应于介电层中的环状腔。两种或更多种分析物可以响应于预定波长的光入射在超表面装置上并且其中所述两种或更多种分析物存在于介电层处而发射荧光。

Description

生物传感器、超表面装置及制造其的方法
本申请要求于2020年1月17日提交的第62/962,923号美国临时专利申请、于2020年4月21日提交的第63/013,524号美国临时专利申请以及于2020年8月21日提交的第17/000,268号美国专利申请的优先权权益，其公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
在此公开的主题涉及生物传感器。更具体地，在此公开的主题涉及一种用于生物传感器的铝超表面和一种用于制造铝超表面的方法。
背景技术
传统的免疫测定平台体积庞大、昂贵、耗时，需要大的工具和设备，并且提供低的灵敏度。大多数基于金属的免疫测定平台包括纳米颗粒，并且对于可检测反应而言是昂贵且耗时的。尽管基于金属的免疫测定平台可以提供较高水平的灵敏度，但是它们会包括昂贵的金(Au)或银(Ag)。铝(Al)可以用作金和银的替代物，然而，铝在可见光谱中是有损耗的，并且迄今为止尚未成为提供分析物检测增强的良好等离激元材料。此外，生物分析物不能很好地粘附到金属，因此可能会难以捕获金属表面上的靶分子。在金属上使用粘合涂层来改善生物分析物与金属的粘附可能会减小检测增强。
发明内容
示例实施例提供了一种超表面装置，超表面装置可以包括基底、介电层、铝纳米盘和铝层。介电层可以形成在基底上，并且可以包括第一表面和与第一表面相对并与基底的表面接合的第二表面。介电层可以包括在介电层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个环状腔。铝纳米盘可以形成在介电层中的所述至少一个环状腔中。铝纳米盘可以包括第一表面和与第一表面相对并与基底的表面接合的第二表面。铝层可以形成在介电层上，并且可以包括第一表面和与第一表面相对并与介电层的第一表面接合的第二表面。铝层可以包括在铝层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个环状腔。铝层中的每个环状腔可以对应于介电层中的一个环状腔。在一个实施例中，介电层可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在另一实施例中，两种或更多种分析物响应于预定波长的光入射在超表面装置上并且所述两种或更多种分析物存在于介电层处而发射荧光。在又一实施例中，所述两种或更多种分析物以超表面装置的共振模式发射荧光，超表面装置的共振模式高于超表面装置的偶极模式。
示例实施例提供了一种生物传感器，生物传感器可以包括基底、介电层、铝纳米盘和铝层。介电层可以形成在基底上。介电层可以包括第一表面和与第一表面相对并接触基底的表面的第二表面。介电层可以包括在介电层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个孔。铝纳米盘可以形成在介电层中的所述至少一个孔中，并且可以包括第一表面和与第一表面相对并接触基底的表面的第二表面。铝层可以形成在介电层上。铝层可以包括第一表面和与第一表面相对并接触介电层的第一表面的第二表面。铝层可以包括在铝层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个孔。铝层中的每个孔对应于介电层中的一个孔。两种或更多种分析物可以响应于预定波长的光入射在生物传感器上并且所述两种或更多种分析物存在于介电层处而发射荧光。所述两种或更多种分析物可以以生物传感器的共振模式发射荧光，生物传感器的共振模式高于生物传感器的偶极模式。在一个实施例中，所述两种或更多种分析物可以包括用于胰岛素、血管内皮生长因子和凝血酶的生物标志物，并且所述两种或更多种分析物中的每种的浓度可以等于单个10μL液滴中的1fmol。在一个实施例中，在介电层中的所述至少一个孔中铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离可以等于或小于10纳米。
示例实施例提供了一种用于制造超表面装置的方法，其中，所述方法可以包括：在基底上形成二元聚合物-共混物溶液的涂层，二元聚合物-共混物溶液包括第一聚合物和第二聚合物；使涂层的第一聚合物和第二聚合物相分离以在涂层中形成至少一个液滴，第一聚合物形成所述至少一个液滴；从涂层去除所述至少一个液滴以在涂层中形成至少一个环状腔，环状腔从涂层的第一表面延伸到涂层的与涂层的第一表面相对并接触基底的第二表面；以及在去除所述至少一个液滴之后剩余的涂层上形成铝层，铝层在所述至少一个环状腔中形成铝纳米盘。在一个实施例中，在去除所述至少一个液滴之后剩余的涂层上的铝层可以包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中，第二表面接触涂层的第一表面，第一聚合物可以包括聚苯乙烯(PS)，并且第二聚合物可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，铝纳米盘可以包括第一表面和与第一表面相对并且靠近基底的第二表面，并且铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离可以等于或小于10纳米。
附图说明
在以下部分中，将参照附图中所示的示例性实施例来描述在此公开的主题的方面，在附图中：
图1描绘了根据在此公开的主题的nDISC纳米天线的示例实施例的透视剖视图；
图2A是75nm-175nm的孤铝纳米盘的模拟散射轮廓曲线，示出了在可见光光谱中达到峰值的偶极共振；
图2B是直径为50nm-500nm的nDISC纳米天线的模拟散射轮廓曲线；
图3是示出与孤铝纳米盘天线相比nDISC纳米天线的个体辐射和非辐射分量的贡献的曲线图；
图4A是根据在此公开的主题的用于制造nDISC纳米天线的阵列的过程的示例实施例的流程图；
图4B可视地描绘了图4A中所示的过程的示例实施例；
图4C描绘了根据在此公开的主题的其中可以将两种相分离的聚合物的二元聚合物-共混物溶液添加到喷墨印刷机喷嘴的罐的示例喷墨印刷技术；以及
图5描绘了根据在此公开的主题的包括用于例如POC装置的超表面的电子装置。
具体实施方式
在以下的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践公开的方面。在其它情况下，没有详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免使在此公开的主题模糊。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在在此公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“根据一个实施例”(或具有类似含义的其它短语)可以不一定都指示相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合。在这点上，如在此所使用的，词语“示例性的”意味着“用作示例、实例或说明”。在此被描述为“示例性的”的任何实施例不被解释为一定比其它实施例优选或有利。另外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合。此外，取决于在此讨论的上下文，单数术语可以包括对应的复数形式，复数术语可以包括对应的单数形式。类似地，带连字符的术语(例如，“二维的(two-dimensional)”、“预定的(pre-determined)”、“特定像素的(pixel-specific)”等)可以偶尔与对应的无连字符的版本(例如，“二维的(two dimensional)”、“预定的(predetermined)”、“特定像素的(pixel specific)”等)可互换地使用，并且大写字母条目(例如，“计数器时钟(Counter Clock)”、“行选择(Row Select)”、“像素输出(PIXOUT)”等)可以与对应的非大写字母版本(例如，“计数器时钟(counter clock)”、“行选择(rowselect)”、“像素输出(pixout)”等)可互换地使用。这种偶尔可互换的使用将不被认为彼此不一致。
此外，取决于在此讨论的上下文，单数术语可以包括对应的复数形式，复数术语可以包括对应的单数形式。还注意的是，在此示出和讨论的各种附图(包括组件图)仅出于说明性目的，并且未按比例进行绘制。类似地，各种波形和时序图仅出于说明性目的来示出。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大。此外，如果认为适当，则在附图之中重复附图标记以指示对应和/或类似的元件。
在此使用的术语仅用于描述一些示例实施例的目的，并且不意图对所要求保护的主题进行限制。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个(种/者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或其变型用在本说明书中时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如在此所使用的术语“第一”、“第二”等被用作它们后面的名词的标签，并且不暗示任何类型的排序(例如，空间、时间、逻辑等)，除非明确地如此定义。此外，可以在两个或更多个附图中使用相同的附图标记来指示具有相同或类似功能的部件、组件、块、电路、单元或模块。然而，这种用法仅是为了简化说明和易于讨论；这并不暗示这些组件或单元的构造或架构细节在所有实施例中是相同的，或者这种共同参照的部件/模块是实现在此公开的一些示例实施例的唯一方式。
将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。同样的附图标记始终指示同样的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。
如在此所使用的术语“第一”、“第二”等被用作它们后面的名词的标签，并且不暗示任何类型的排序(例如，空间、时间、逻辑等)，除非明确地如此定义。此外，可以在两个或更多个附图中使用相同的附图标记来指示具有相同或类似功能的部件、组件、块、电路、单元或模块。然而，这种用法仅是为了简化说明和易于讨论；这并不暗示这些组件或单元的构造或架构细节在所有实施例中是相同的，或者这种共同参照的部件/模块是实现在此公开的一些示例实施例的唯一方式。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语(诸如在常用词典中定义的术语)应该被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式化的意义来解释，除非在此明确地如此定义。
在此公开的主题提供了一种用于生物传感器的铝超表面，该生物传感器可以是以手持装置(诸如智能电话)实现的护理点(point-of-care，POC，或称为床旁)装置的一部分。在一个实施例中，在此公开的铝超表面生物传感器可以使用低成本喷涂旋涂技术或者铝薄膜沉积技术来生产。可选地，可以使用低成本喷墨印刷技术和铝薄膜沉积技术来生产铝超表面传感器。
在此公开的铝超表面包括由亚微米腔中的纳米盘(nanodisk-in-submicron-cavity，nDISC)的铝纳米天线形成的纳米天线。nDISC纳米天线可以生成混合多极无损等离激元模式，以显著增强局域电磁场并在整个可见光光谱中增加耦合发射器的局域态密度。因此，在此公开的超表面通过纳米天线在可见光波长内提供了高效电磁场限制，这相对于其它贵金属更有利于铝的实际的等离激元应用。在一个实施例中，铝超表面传感器可以利用低损耗的高阶等离激元来提供高检测灵敏度(同时有电磁和化学增强)以及可以以高达3倍的增强重定向到检测器的改善的光发射。
在一个实施例中，铝超表面可以用于同时检测低浓度的多个生物标志物。例如，使用在此公开的超表面和涉及三个可见光波长的多路复用技术，可以在仅包含1fmol每种生物标志物的单个10μL液滴中同时检测三种生物标志物(与糖尿病、眼病和心血管疾病相关的胰岛素、血管内皮生长因子和凝血酶)。
经由光学纳米天线对来自生物分子的光学信号的近场增强在诸如单分子荧光驱动的DNA测序、用于早期疾病检测的灵敏生物感测以及分析生化相互作用的领域中的突破中发挥了重要作用。尽管贵金属(如金和银)已经是这些应用的主要选择材料，但是近年来寻找更划算且坚固耐用的替代选择导致了对其它材料(诸如铝和氮化钛)的详细探索。铝可以由于其相对丰富、可持续性和简单的加工要求而具有成为优异替代品的潜力。与贵金属相比，铝还具有在较高能量下发生的更多的等离子体频率。尽管有潜在的前景，但是与银(Q：5-10)和金(Q：10-20，红色中)相比，铝纳米天线由于在可见光范围内的偶极表面等离激元共振(Q：～2)的固有低品质因子(Q因子)而大多限于从紫外(UV)波长技术到蓝色波长技术的生物感测应用。因此，铝基纳米天线在可见光光谱中的弱等离激元表现可能会需要使用更昂贵的贵金属基底来快速扩展生物感测机会。
然而，在此公开的铝超表面通过利用遍及光谱具有较低的辐射和带间阻尼的大的铝纳米天线的高阶等离激元模式而克服了低Q因子的问题。高阶等离激元在本质上可以是暗的(亚辐射的)，具有几乎零的净偶极矩，这意味着它们不容易与入射光子耦合，因此，在光学应用中不是优选的。然而，最近已经表明，等离激元暗模式在由对称性破缺引起的紧密间隔的纳米结构的远场中可以是明亮的(超辐射的)和辐射的，从而允许观察到单分子水平的强的光-物质耦合。通过采用该原理，亚微米的铝纳米天线的高阶混合等离激元共振模式可以显著增强局域光场和荧光发射，导致可见光范围内的千倍增强。
图1描绘了根据在此公开的主题的nDISC纳米天线100的示例实施例的透视剖视图。nDISC纳米天线100可以形成为允许在可见光光谱中的远场和近场之间的极有效率的光传输的平面外的金属-绝缘体-金属(MIM)纳米天线的阵列。nDISC纳米天线100可以包括基底101、介电层102和金属(铝层)103。在制造期间，在介电层102中形成环状腔或孔104以从介电层102的顶表面102a延伸到介电层102的底表面102b。在介电层102上沉积铝层103，并且在基底101上的环状腔104中形成铝纳米盘105。
在一个实施例中，介电层102可以由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物形成。在另一实施例中，介电层102可以由二氧化硅(SiO2)形成，然而，可以使用PMMA获得更好的结果。在其它实施例中，可以使用等离激元材料和金属的其它组合。例如，可以使用金属和高电导率材料，诸如金、银、铜、氮化钛、重掺杂半导体层。另外，可以使用导电金属氧化物，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)和氧化镓锌(GZO)。
在一个实施例中，铝层103的厚度(和103a)被选择为使得铝层103的底表面103a与铝纳米盘105的顶表面105a之间的距离d等于或小于10nm。在另一实施例中，距离d等于或小于5nm。铝层103的底表面103a与铝纳米盘105的顶表面105a之间的距离d可以提供光场限制，光场限制形成在此被称为热点之处并且允许生物分子直接进出热点。也就是说，铝层103与铝纳米盘105之间的PMMA的亚10nm的间隙(d)可以形成在可见光光谱中提供混合的多极等离激元模式的电磁热点，这在远场和近场可见光场之间极有效率地传输光。此外，可以用于介电层102的PMMA聚合物可以使光传输最大化，这可以允许在电磁热点处自发地空间预集中局域分子并且进一步增强荧光信号。
由于来自热点处的天线等离激元模式的大量能量转移，由nDISC纳米天线100提供的荧光增强可以由于分别对发射分子的激发和发射的局域电场(R)和局域态密度(LDOS)的同时增大而发生。因此，可以通过考虑发射器的场对准偶极矩来计算最大理论荧光增强fE：
Figure BDA0002891674280000071
其中，E是相对于入射电场E0的增强的激发场，η0是本征量子效率，并且η解释了基于LDOS的增大的荧光发射器的修正量子产率。
由于高的非辐射阻尼和与入射光的弱耦合，由单独的(孤)铝纳米盘(即，图1中的铝纳米盘105)表现出的高阶共振的散射强度可能非常差。另外，由于较高的辐射阻尼，由孤铝纳米盘支持的偶极等离激元共振波长和相应的共振线宽会随其直径而快速增加。例如，图2A是75nm-175nm的孤铝纳米盘的模拟散射轮廓曲线，示出了在可见光光谱中达到峰值的偶极共振。平均的Q被发现仅为2。
与孤铝纳米盘相反，图2B是直径为50nm-500nm的nDISC纳米天线的模拟散射轮廓曲线。沿着图2B的右侧上的纵坐标指示用于nDISC纳米天线的不同直径。如图2B中所示，nDISC纳米天线基于等离激元混合模式提供强散射峰。混合模式的Q因子在可见光光谱中从4变化到6，并且在UV波长中增大到11的Q因子。散射模式的辐射阻尼减小(特别是在高阶模式中)，这可以对于更大的nDISC纳米天线给予提升至更高的品质因子。可以在荧光分子与混合多极等离激元之间交换大量的能量，从而在用于nDISC纳米天线的可见光范围内产生优异的天线性能。
辐射分量通常决定总体的发射增强，而耦合到非辐射状态的光子经历带间跃迁并且对发射过程没有贡献。为了找出辐射γγ分量和非辐射γnγ分量的影响，在图3中绘制了来自nDISC纳米天线的个体辐射分量和非辐射分量的贡献，并与孤铝纳米盘天线进行比较。nDISC纳米天线的辐射γγ/γ0分量和非辐射γnγ/γ0分量分别由曲线301和302指示，其中，γ0是发射器的没有天线结构/生物传感器的衰减率。为了比较，孤铝纳米盘天线的辐射γγ/γ0分量和非辐射γnγ/γ0分量分别由曲线303和304指示。
nDISC纳米盘的辐射增强可以在可见光光谱中占主导地位，而孤铝纳米盘天线会经历大的非辐射增强，非辐射增强限制了相同光谱范围内的天线性能。定量地，如果光学天线设计从孤纳米盘天线改变为nDISC纳米天线，则发射器的辐射(曲线301和303)和非辐射(曲线302和304)功率分量分别经历平均6.5倍和1.8倍的增加。值得注意的是，与非辐射增强相比，nDISC天线提供了更高的辐射增强，支持了高阶模式的强辐射特性对发射增强所起的积极作用。
可以由nDISC纳米天线100的阵列形成的生物传感器的一个示例实施例可以用于同时检测低浓度的多种生物标志物。生物传感器可以是超表面免疫测定生物传感器。这样的示例生物传感器可以用于可在POC装置(诸如智能电话或其它手持装置)中以及/或者在诊所中的较大设备中提供的早期片上(on-chip)疾病诊断或更一般的多路复用宽带生物感测。糖尿病、眼病和心血管疾病的三种不同的生物标志物(胰岛素、血管内皮生长因子(VEGF)和凝血酶)可以使用涉及三个可见波长的多路复用技术通过由nDISC纳米天线100的阵列形成的生物传感器同时感测。将每种生物标志物以10μL液滴的形式同时添加到nDISC超表面上，该液滴具有100pM的分子浓度(即，包含1fmol的每种生物标志物)，然后是一小时的片上培养(incubation)。在这些非常低的浓度下，来自nDISC样品的平均荧光信号仍然显著高于对照基底所表现出的平均荧光信号(信号强度增加约6至10倍)。
图4A是根据在此公开的主题的用于制造nDISC纳米天线的阵列的过程400的示例实施例的流程图。图4B可视地描绘了图4A中的过程400的示例实施例。参照图4A和图4B两者，在图4A中的401，将两种相分离的聚合物的二元聚合物-共混物溶液411旋涂到诸如绝缘体上硅(SOI)的基底412上。在一个实施例中，基底412可以是柔性的或非柔性的。在一个实施例中，二元聚合物-共混物溶液可以是在丁酮的共混物溶液中的PMMA和聚苯乙烯(PS)。其它的可能的二元聚合物-共混物溶液可以由两种或更多种互不相溶的均聚物或嵌段共聚物形成。在402，二元聚合物-共混物溶液相分离，形成溶液的两种聚合物之一的一个或更多个液滴413。在403，去除聚合物的液滴以形成环状腔414。在一个实施例中，至少一个环状腔414的直径可以等于或小于0.5μm。在可选实施例中，可以在基底上形成介电材料，并且可以使用聚焦离子束削成环状腔。
在404，以公知的方式形成铝层415以覆盖剩余的聚合物-共混物溶液。还在每个环状腔414内部形成铝纳米盘416。在一个实施例中，铝纳米盘416的顶表面与铝层415的底表面之间的距离d(图1)可以被选择为等于或小于10nm。在另一实施例中，至少一个环状腔414中的铝纳米盘416的顶表面与铝层415的底表面之间的距离d等于或小于5nm。
在用于制造nDISC纳米天线的阵列的可选实施例中，可以使用喷墨印刷技术将二元聚合物-共混物溶液411施加到基底412。图4C描绘了根据在此公开的主题的其中可以将两种相分离的聚合物的二元聚合物-共混物溶液411添加到喷墨印刷机喷嘴421的罐(未示出)的示例喷墨印刷技术。将二元聚合物-共混物溶液411以公知的方式涂到基底412上，以形成例如生物传感器422。相分离的步骤和将一种聚合物的液滴从另一种聚合物中去除的步骤以及形成铝层和铝纳米盘的步骤如结合图4A和图4B所述。
图5描绘了根据在此公开的主题的包括用于例如POC装置的超表面的电子装置500。电子装置500可以用于但不限于计算装置、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、移动计算机、网络平板电脑、无线电话、蜂窝电话、智能电话、数字音乐播放器或者有线或无线电子装置。电子装置500还可以是但不限于ADAS、移动装置成像系统、工业成像系统、机器人等的一部分。电子装置500可以包括通过总线570彼此结合的控制器510、输入/输出(I/O)装置520(诸如但不限于小键盘、键盘、显示器、触摸屏显示器、相机和/或图像传感器)、存储器装置530、接口540、GPU(图形处理单元)550和图像处理单元560。控制器510可以包括例如至少一个微处理器、至少一个数字信号处理器、至少一个微控制器等。存储器装置530可以被配置为存储要由控制器510使用的命令代码或用户数据。
根据在此公开的主题，电子装置500和电子装置500的各种系统组件(诸如图像处理单元560)可以包括用于例如POC装置的超表面。接口540可以被配置为包括无线接口，该无线接口被配置为使用RF信号向无线通信网络发送数据或从无线通信网络接收数据。接口540可以包括例如天线、无线收发器等。电子装置500还可以用在通信系统的通信接口协议中，通信系统的通信接口协议诸如但不限于码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)、北美数字通信(NADC)、扩展时分多址(E-TDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、CDMA2000、Wi-Fi、市政Wi-Fi(Muni Wi-Fi)、蓝牙、数字增强无绳电信(DECT)、无线通用串行总线(无线USB)、具有无缝切换的快速低延迟访问正交频分多路复用(Flash-OFDM)、IEEE 802.20、通用分组无线服务(GPRS)、iBurst、无线宽带(WiBro)、WiMAX、高级WiMAX、通用移动电信服务-时分双工(UMTS-TDD)、高速分组访问(HSPA)、演进数据优化(EVDO)、高级长期演进(LTE-Advanced)、多信道多点分发服务(MMDS)等。
本说明书中描述的主题和操作的实施例可以以数字电子电路或者以计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)或者以它们中的一个或更多个的组合实现。本说明书中描述的主题的实施例可以被实现为在计算机存储介质上编码以由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一个或更多个计算机程序(即，计算机程序指令的一个或更多个模块)。可选地或另外地，程序指令可以被编码在例如机器生成的电、光或电磁信号的人工生成的传播信号(其被生成以对信息进行编码以传输到合适的接收器设备以由数据处理设备执行)上。计算机存储介质可以是计算机可读存储装置、计算机可读存储基底、随机或串行访问存储器阵列或装置或它们的组合，或者被包括在计算机可读存储装置、计算机可读存储基底、随机或串行访问存储器阵列或装置或它们的组合中。此外，尽管计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是在人工生成的传播信号中编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是一个或更多个单独的物理组件或介质(例如，多个CD、盘或其它存储装置)，或者被包括在一个或更多个单独的物理组件或介质(例如，多个CD、盘或其它存储装置)中。另外，本说明书中描述的操作可以被实现为由数据处理设备对存储在一个或更多个计算机可读存储装置上或从其它源接收的数据执行的操作。
尽管本说明书可以包含许多具体的实施细节，但是实施细节不应被解释为对任何所要求保护的主题的范围的限制，而是应被解释为对于特定实施例特别的特征的描述。在本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。此外，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下可以从组合中删除来自所要求保护的组合的一个或更多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求按所示的特定顺序或按连续顺序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施例中要求这种分离，并且应该理解的是，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。
因此，在此已经描述了主题的特定实施例。其它实施例在权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中阐述的动作可以按不同的顺序执行，并且仍然实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定要求所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务和并行处理可以是有利的。
如本领域技术人员将认识到的，在此描述的发明构思可以遍及宽的应用范围进行修改和变化。因此，所要求保护的主题的范围不应限于上面讨论的任何特定的示例性教导，而是由权利要求限定。

Claims (20)

1.一种超表面装置，所述超表面装置包括：
基底；
介电层，位于基底上，介电层包括第一表面和与第一表面相对并与基底的表面接合的第二表面，介电层包括在介电层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个环状腔；
铝纳米盘，位于介电层中的所述至少一个环状腔中，铝纳米盘包括第一表面和与第一表面相对并与基底的所述表面接合的第二表面；以及
铝层，位于介电层上，铝层包括第一表面和与第一表面相对并与介电层的第一表面接合的第二表面，铝层包括在铝层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个环状腔，铝层中的每个环状腔对应于介电层中的环状腔。
2.根据权利要求1所述的超表面装置，其中，介电层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根据权利要求2所述的超表面装置，其中，两种或更多种分析物响应于预定波长的光入射在超表面装置上并且所述两种或更多种分析物存在于介电层处而发射荧光。
4.根据权利要求3所述的超表面装置，其中，所述两种或更多种分析物以超表面装置的共振模式发射荧光，超表面装置的共振模式的阶高于超表面装置的偶极模式的阶。
5.根据权利要求3所述的超表面装置，其中，所述两种或更多种分析物包括用于胰岛素、血管内皮生长因子和凝血酶的生物标志物。
6.根据权利要求5所述的超表面装置，其中，所述两种或更多种分析物中的每种的浓度等于单个10μL液滴中的1fmol。
7.根据权利要求1所述的超表面装置，其中，在介电层中的所述至少一个环状腔中铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离等于或小于10纳米。
8.根据权利要求7所述的超表面装置，其中，在介电层中的所述至少一个环状腔中铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离等于或小于5纳米。
9.根据权利要求7所述的超表面装置，其中，介电层中的所述至少一个环状腔的直径等于或小于0.5微米。
10.根据权利要求1所述的超表面装置，其中，超表面装置包括智能电话的护理点组件的一部分。
11.一种生物传感器，所述生物传感器包括：
基底；
介电层，位于基底上，介电层包括第一表面和与第一表面相对并接触基底的表面的第二表面，介电层包括在介电层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个孔；
铝纳米盘，位于介电层中的所述至少一个孔中，铝纳米盘包括第一表面和与第一表面相对并接触基底的所述表面的第二表面；以及
铝层，位于介电层上，铝层包括第一表面和与第一表面相对并接触介电层的第一表面的第二表面，铝层包括在铝层的第一表面和第二表面之间延伸的至少一个孔，铝层中的每个孔对应于介电层中的孔，
两种或更多种分析物，响应于预定波长的光入射在生物传感器上并且所述两种或更多种分析物存在于介电层处而发射荧光，并且所述两种或更多种分析物以生物传感器的共振模式发射荧光，生物传感器的共振模式的阶高于生物传感器的偶极模式的阶。
12.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，介电层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
13.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，所述两种或更多种分析物包括用于胰岛素、血管内皮生长因子和凝血酶的生物标志物，并且
其中，所述两种或更多种分析物中的每种的浓度等于单个10μL液滴中的1fmol。
14.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，在介电层中的所述至少一个孔中铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离等于或小于10纳米。
15.根据权利要求14所述的生物传感器，其中，在介电层中的所述至少一个孔中铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离等于或小于5纳米，并且
其中，介电层中的所述至少一个孔的直径等于或小于0.5微米。
16.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，生物传感器是智能电话的护理点组件的一部分。
17.一种用于制造超表面装置的方法，所述方法包括：
在基底上形成二元聚合物-共混物溶液的涂层，二元聚合物-共混物溶液包括第一聚合物和第二聚合物；
使涂层的第一聚合物和第二聚合物相分离以在涂层中形成至少一个液滴，第一聚合物形成所述至少一个液滴；
从涂层去除所述至少一个液滴以在涂层中形成至少一个环状腔，环状腔从涂层的第一表面延伸到涂层的与涂层的第一表面相对并接触基底的第二表面；以及
在去除所述至少一个液滴之后剩余的涂层上形成铝层，铝层在所述至少一个环状腔中形成铝纳米盘。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在去除所述至少一个液滴之后剩余的涂层上的铝层包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二表面接触涂层的第一表面，
其中，第一聚合物包括聚苯乙烯，并且第二聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯，
其中，铝纳米盘包括第一表面和与第一表面相对并且靠近基底的第二表面，并且
其中，铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离等于或小于10纳米。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述至少一个环状腔中的铝纳米盘的第一表面与铝层的第二表面之间的距离等于或小于5纳米，并且
其中，所述至少一个环状腔的直径等于或小于0.5微米。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，二元聚合物-共混物溶液的涂层通过旋涂操作或通过将二元聚合物-共混物溶液的液滴喷到基底上而形成在基底上。
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