KR20050016541A - 활성 표면 증강된 라만 분광법(ｓｅｒｓ)의 기재로서 금속코팅된 나노결정 실리콘 - Google Patents
활성 표면 증강된 라만 분광법(ｓｅｒｓ)의 기재로서 금속코팅된 나노결정 실리콘Info
- Publication number
- KR20050016541A KR20050016541A KR10-2004-7020155A KR20047020155A KR20050016541A KR 20050016541 A KR20050016541 A KR 20050016541A KR 20047020155 A KR20047020155 A KR 20047020155A KR 20050016541 A KR20050016541 A KR 20050016541A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal
- raman
- silicon
- coated
- porous silicon
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 15
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 109
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 94
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 18
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 40
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims description 23
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- -1 cofactors Substances 0.000 claims description 18
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims description 11
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 11
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 10
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 10
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 9
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 7
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 7
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 7
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 claims description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000427 antigen Substances 0.000 claims description 4
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 102000004127 Cytokines Human genes 0.000 claims description 3
- 108090000695 Cytokines Proteins 0.000 claims description 3
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 claims description 3
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 claims description 3
- 239000005556 hormone Substances 0.000 claims description 3
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 claims description 3
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002777 nucleoside Substances 0.000 claims description 3
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 claims description 3
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 claims description 3
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 claims description 3
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 claims description 3
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 claims description 2
- 102000019034 Chemokines Human genes 0.000 claims description 2
- 108010012236 Chemokines Proteins 0.000 claims description 2
- 102000003886 Glycoproteins Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000288 Glycoproteins Proteins 0.000 claims description 2
- 102000008394 Immunoglobulin Fragments Human genes 0.000 claims description 2
- 108010021625 Immunoglobulin Fragments Proteins 0.000 claims description 2
- 108090001090 Lectins Proteins 0.000 claims description 2
- 102000004856 Lectins Human genes 0.000 claims description 2
- 108090001030 Lipoproteins Proteins 0.000 claims description 2
- 102000004895 Lipoproteins Human genes 0.000 claims description 2
- 102000004108 Neurotransmitter Receptors Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000590 Neurotransmitter Receptors Proteins 0.000 claims description 2
- 108091000054 Prion Proteins 0.000 claims description 2
- 102000029797 Prion Human genes 0.000 claims description 2
- 239000013566 allergen Substances 0.000 claims description 2
- 229940125717 barbiturate Drugs 0.000 claims description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 claims description 2
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 claims description 2
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000380 hallucinogen Substances 0.000 claims description 2
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 claims description 2
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000002523 lectin Substances 0.000 claims description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000003835 nucleoside group Chemical group 0.000 claims description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 claims description 2
- 239000002574 poison Substances 0.000 claims description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 claims description 2
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000003053 toxin Substances 0.000 claims description 2
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 claims description 2
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 claims description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 claims 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 claims 1
- 150000003833 nucleoside derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 15
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 42
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 34
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 19
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000004756 silanes Chemical group 0.000 description 6
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 5
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 108020005187 Oligonucleotide Probes Proteins 0.000 description 3
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000001444 catalytic combustion detection Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 3
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002751 oligonucleotide probe Substances 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 2
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 4-aminobenzoic acid Chemical compound NC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRFVTYWOQMYALW-UHFFFAOYSA-N 9H-xanthine Chemical compound O=C1NC(=O)NC2=C1NC=N2 LRFVTYWOQMYALW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- UEXCJVNBTNXOEH-UHFFFAOYSA-N Ethynylbenzene Chemical group C#CC1=CC=CC=C1 UEXCJVNBTNXOEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001530 Raman microscopy Methods 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 125000000853 cresyl group Chemical group C1(=CC=C(C=C1)C)* 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N isophthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(C(O)=O)=C1 QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000003068 molecular probe Substances 0.000 description 2
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 239000013638 trimer Substances 0.000 description 2
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- QGKMIGUHVLGJBR-UHFFFAOYSA-M (4z)-1-(3-methylbutyl)-4-[[1-(3-methylbutyl)quinolin-1-ium-4-yl]methylidene]quinoline;iodide Chemical compound [I-].C12=CC=CC=C2N(CCC(C)C)C=CC1=CC1=CC=[N+](CCC(C)C)C2=CC=CC=C12 QGKMIGUHVLGJBR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XJGFWWJLMVZSIG-UHFFFAOYSA-N 9-aminoacridine Chemical compound C1=CC=C2C(N)=C(C=CC=C3)C3=NC2=C1 XJGFWWJLMVZSIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000014914 Carrier Proteins Human genes 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SHIBSTMRCDJXLN-UHFFFAOYSA-N Digoxigenin Natural products C1CC(C2C(C3(C)CCC(O)CC3CC2)CC2O)(O)C2(C)C1C1=CC(=O)OC1 SHIBSTMRCDJXLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 108060002716 Exonuclease Proteins 0.000 description 1
- LLQPHQFNMLZJMP-UHFFFAOYSA-N Fentrazamide Chemical compound N1=NN(C=2C(=CC=CC=2)Cl)C(=O)N1C(=O)N(CC)C1CCCCC1 LLQPHQFNMLZJMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- PEEHTFAAVSWFBL-UHFFFAOYSA-N Maleimide Chemical compound O=C1NC(=O)C=C1 PEEHTFAAVSWFBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000154870 Viola adunca Species 0.000 description 1
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 1
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 1
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229960001441 aminoacridine Drugs 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001210 attenuated total reflectance infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 1
- 108091008324 binding proteins Proteins 0.000 description 1
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 1
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- UIZLQMLDSWKZGC-UHFFFAOYSA-N cadmium helium Chemical compound [He].[Cd] UIZLQMLDSWKZGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010415 colloidal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001344 confocal Raman microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- QONQRTHLHBTMGP-UHFFFAOYSA-N digitoxigenin Natural products CC12CCC(C3(CCC(O)CC3CC3)C)C3C11OC1CC2C1=CC(=O)OC1 QONQRTHLHBTMGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SHIBSTMRCDJXLN-KCZCNTNESA-N digoxigenin Chemical compound C1([C@@H]2[C@@]3([C@@](CC2)(O)[C@H]2[C@@H]([C@@]4(C)CC[C@H](O)C[C@H]4CC2)C[C@H]3O)C)=CC(=O)OC1 SHIBSTMRCDJXLN-KCZCNTNESA-N 0.000 description 1
- 238000000979 dip-pen nanolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IINNWAYUJNWZRM-UHFFFAOYSA-L erythrosin B Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C1=C2C=C(I)C(=O)C(I)=C2OC2=C(I)C([O-])=C(I)C=C21 IINNWAYUJNWZRM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 102000013165 exonuclease Human genes 0.000 description 1
- 238000009615 fourier-transform spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 238000000881 hyper Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Substances C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 108091006086 inhibitor proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- SHXOKQKTZJXHHR-UHFFFAOYSA-N n,n-diethyl-5-iminobenzo[a]phenoxazin-9-amine;hydrochloride Chemical compound [Cl-].C1=CC=C2C3=NC4=CC=C(N(CC)CC)C=C4OC3=CC(=[NH2+])C2=C1 SHXOKQKTZJXHHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920000548 poly(silane) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 108091033319 polynucleotide Proteins 0.000 description 1
- 102000040430 polynucleotide Human genes 0.000 description 1
- 239000002157 polynucleotide Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000004557 single molecule detection Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000009870 specific binding Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- WGTODYJZXSJIAG-UHFFFAOYSA-N tetramethylrhodamine chloride Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(N(C)C)=CC2=[O+]C2=CC(N(C)C)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O WGTODYJZXSJIAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MPLHNVLQVRSVEE-UHFFFAOYSA-N texas red Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC(S(Cl)(=O)=O)=CC=C1C(C1=CC=2CCCN3CCCC(C=23)=C1O1)=C2C1=C(CCC1)C3=[N+]1CCCC3=C2 MPLHNVLQVRSVEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005199 ultracentrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 229940075420 xanthine Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
- G01J3/4412—Scattering spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
- G01J2003/4424—Fluorescence correction for Raman spectrometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
본 명세서에 공개된 방법 및 장치(300)는 금속 코팅된 나노결정 다공성 실리콘 기재(240, 340)를 사용하는 라만 분광법에 관한 것이다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 다공성 실리콘 기재(110, 210)는 희석된 플루오르화수소산(150)에서 양극 에칭에 의해 형성될 수 있다. 금이나 은과 같은 라만 활성 금속의 얇은 코팅은 음극 전기이동 또는 공지된 어떠한 기술에 의해 다공성 실리콘(110, 210) 상에 코팅될 수 있다. 금속-코팅된 기재(240, 340)는 SERS, SERRS, 하이퍼-라만 및/또는 CARS 라만 분광법을 위한 광범위한, 금속 풍부 환경을 제공한다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 금속 나노입자는 금속-코팅된 기재(240, 340)에 첨가되어 라만 시그날을 추가적으로 증강시킬 수 있다. 라만 분광법은 공개된 방법 및 장치(300)를 사용하여, 광범위한 분석물을 검출, 확인 및/또는 정량화하는 데 사용될 수 있다.
Description
본 방법 및 장치(300)는 라만 분광법에 의한 분자 검출 및/또는 특징화 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 방법 및 장치(300)는 표면 증강된 라만 분광법(SERS), 표면 증강된 공명 라만 분광법(SERRS), 하이퍼-라만 및/또는 간섭성 항-스토크 라만 분광법(CARS)의 기재(240, 340)로서, 금속-코팅된 다공성 실리콘에 관한 것이다.
생물학적 샘플 및 기타 샘플에서 단일 분자를 민감하고 정확하게 검출 및/또는 확인하는 것은 의학적 진단, 병리학, 독물학, 환경 샘플링, 화학적 분석, 포렌직스(forensics) 및 여러 기타 분야에서 폭넓고 막강하게 사용되는 달성하기 어려운 목표임이 증명되었다. 이 목표를 달성하기 위해 라만 분광법 및/또는 표면 플라스몬 공명을 사용하려는 시도가 있어왔다. 빛이 유형(tangible) 매질을 관통하는 경우, 일정 양의 빛은 원래 방향으로부터 전환되는데, 이 현상이 라만 산란으로 알려져 있다. 산란된 빛의 일부는 원래 여기 빛과 진동수 또한 상이한데, 이는 빛의 흡광도 및 전자의 여기로 인해 고에너지 상태가 초래되며 상이한 파장에서의 빛 방출이 잇따르기 때문이다. 라만 방출 스펙트럼의 파장은 샘플내 빛 흡수 분자의 화학적 조성 및 구조의 특징인 반면, 빛 산란의 강도는 샘플내 분자의 농도에 의존한다.
여기 광선과 샘플내 개별적인 분자간에 존재하는 라만 상호작용의 가능성은 매우 낮으므로, 라만 분석시 낮은 감도 및 응용의 제한을 초래한다. 거칠은 은 표면 근처의 분자들이 6 내지 7 등급 만큼의 증강된 라만 산란을 보여줌이 관찰되어 왔다. 이 표면 증강된 라만 분광법(SERS) 효과는 플라스몬 공명 현상과 관련되며, 이 때, 금속 나노입자는 입사된 전자기적 방사에 반응하여 현저한 광학 공명을 나타내는데, 이는 금속내 전도 전자의 집합적 커플링에 기인한다. 본질적으로, 금, 은, 구리 및 어떠한 기타 금속들의 나노입자는 미니어쳐 "안테나"로 작용하여 전자기적 방사의 국소 효과를 증강시킬 수 있다. 이러한 입자들의 근처에 위치한 분자들은 라만 분광 분석시 더 높은 감도를 나타낸다.
전형적으로 기재의 표면 상에 금속 나노입자를 코팅하거나, 또는 거칠은 금속 필름을 제작(fabrication)한 후, 샘플을 상기 금속-코팅된 표면에 도포함으로써, 분자 검출 및 분석을 위한 SERS를 개발하려는 시도가 있어 왔다. 그러나, 평면 표면 상에 증착될 수 있는 금속 입자의 수가 제한되므로, 이러한 표면을 사용하는 SERS 및 관련된 라만 기술의 경우 상대적으로 낮은 증강 인자를 나타낸다. 높은 밀도의 금속 입자를 갖는 SERS-활성 기재 및 이러한 기재를 포함하는 장치의 제조 방법이 요구된다.
이하 도면은 본 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명의 공개된 구체예의 어떠한 양태를 추가로 설명학 위해 포함된다. 본 발명의 구체예는 본 명세서에 존재하는 특정 구체예의 상세한 설명과 함께 하나 이상의 도면에 의해 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 다공성 실리콘 기재(110)를 제조하기 위한 대표적인 방법 및 장치(100)(스케일되지 않음)를 나타낸다.
도 2는 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재(240, 340)를 제조하기 위한 대표적인 방법을 나타낸다.
도 3은 금속-코팅된 SERS-활성 기재(240, 340)를 사용하여 분석물을 검출 및/또는 확인하기 위한 대표적인 방법 및 장치(300)를 나타낸다.
공개된 방법 및 장치(300)는 표면 증강된 라만 분광법(SERS), 표면 증강된 공명 라만 분광법(SERRS) 및/또는 간섭성 항-스토크 라만 분광법(CARS) 검출에 의한 분석물의 검출 및/또는 확인에 사용된다. 존재하는 기술들에 비교하여, 공개된 방법 및 장치(300)는 증가된 금속 입자 밀도 및 더 광범위한 SERS 증강 분야를 갖는 SERS 활성 기재(240, 340)를 제공하며, 이는 분석물의 더욱 효과적인 라만 검출 및/또는 확인을 가능케 한다.
다양한 분석물의 SERS 검출을 위한 이전의 방법들은 전형적으로 기재 및/또는 지지체 상에 코팅되는 집합적인 은 나노입자와 같은 콜로이드 금속 입자를 사용해 왔다(예, 미국 특허 제5,306,403호; 제6,149,868호; 제6,174,677호; 제6,376,177호). 이러한 정렬이 때때로 106 내지 108 만큼 증가된 감도를 갖는 SERS 검출을 가능케 하는 반면, 이들은 본 명세서에 공개된 바와 같이, 뉴클레오티드와 같은 작은 분석물의 단일 분자 검출이 불가능하다. 라만 검출의 증강된 감도는 콜로이드 입자 집합체 내에서 명백하게 일정한 것이 아니며, "핫 스팟"의 존재에 보다 의존한다. 이러한 핫 스팟의 물리적 구조, 증강된 감도가 발생하는 나노입자로부터의 거리 범위, 및 감도를 증강케 하는 집합체 나노입자와 분석물 간의 공간 관계는 특징화되지 않았다. 추가적으로, 집합된 나노입자는 원래 용액 내에서 불안정하여, 단일 분자 분석물 검출의 재현도에 역효과를 준다. 본 방법 및 장치(300)는 라만-활성 금속 기재의 물리적 배좌 및 밀도가 정확히 조절되어, 용액내 분석물의 재현성 있고, 민감하며, 정확한 분석을 가능케 하는, SERS 검출을 위한 안정적인 마이크로환경을 제공한다.
이하 서술된 정의는 본 발명의 공개된 구체예의 이해를 돕기 위해 여러 특정 세부 사항들을 포함한다. 그러나, 이러한 특정 세부 사항들이 없다고 하여도 본 발명의 구체예가 수행될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 기술 분야에 잘 알려진 장치, 방법, 과정 및 개별적인 성분들은 본 명세서에 상세하게 서술하지 않았다.
정의
본 명세서에 사용된 바와 같이, "a" 또는 "an"는 아이템 하나가 아닌 하나 이상의 아이템을 의미할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "약"은 값의 10% 이내를 의미한다. 예컨대, "약 100"은 90과 110 사이의 값을 의미할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "분석물"은 검출 및/또는 확인하려는 흥미있는 어떠한 원자, 화학물질, 분자, 화합물, 조성물 또는 집합체를 의미한다. 분석물의 비제한적인 예에는 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드, 단백질, 당단백질, 지단백질, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고당, 다당류, 지방산, 지질, 호르몬, 대사물질, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경 전달 물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사물질, 보조 인자, 저해제, 약물, 약제, 영양소, 프리온, 독소, 독, 폭약, 살충제, 화학적 교전제, 생물위험제, 방사선 동위원소, 비타민, 헤테로시클 방향족 화합물, 카르시노겐, 뮤타겐, 마약, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 및/또는 오염물이 포함된다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 하나 이상의 분석물은 이하 공개된 바와 같이, 하나 이상의 라만 표지로 표지될 수 있다.
"캡쳐" 분자는 하나 이상의 표적 분석물에 결합할 수 있는 어떠한 분자를 의미하는 것으로 본 명세서에서 사용된다. "캡쳐" 분자의 비제한적인 예에는 항체, 항체 단편, 유전공학적으로 조작된 항체, 단일 사슬 항체, 수용체 단백질, 결합 단백질, 효소, 저해제 단백질, 렉틴, 세포 부착 단백질, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 핵산 및 아프타머가 포함된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "나노결정 실리콘"은 전형적으로 1 내지 100 나노미터(nm) 크기 범위의 나노미터-스케일 실리콘 결정을 포함하는 실리콘을 나타낸다. "다공성 실리콘(110, 210)"은 에칭 또는 달리 처리되어 다공성 구조를 형성하는 실리콘을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "작동 가능하게 연결된"은 장치(300) 및/또는 시스템의 2개 이상의 유닛간에 기능적 상호 작용이 존재함을 의미한다. 예컨대, 라만 검출기(380)는 컴퓨터(160, 395)가 검출기(380)에 의해 검출된 라만 시그날의 데이타를 수득, 프로세싱, 저장 및/또는 전송할 수 있다면, 컴퓨터(160, 395)에 "작동 가능하게 연결될" 수 있다.
나노결정 다공성 실리콘
나노결정 실리콘
본 발명의 어떠한 구체예는 하나 이상의 나노결정 실리콘 층을 포함하는 장치(300)에 관한 것이다. 나노결정 실리콘의 다양한 제조 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다(예, Petrova-Koch 등, "Rapid-thermal-oxidized porous silicon - the superior photoluminescent Si", Appl. Phys. Lett. 61: 943, 1992; Edelberg 등, "Visible luminescence from nanocrystalline silicon films produced by plasma enhanced chemical vapor deposition", Appl. Phys. Lett., 68: 1415-1417, 1996; Schoenfeld 등, "Formation of Si quantum dots in nanocrystalline silicon", Proc. 7th. Int. Conf. on Modulated Semiconductor Structures, Madrid, pp. 605-608, 1995; Zhao 등, "Nanocrystalline Si: a material constructed by Si quantum dots," 1st Int. Conf. on Low Dimensional Structures and Devices, Singapore, pp. 467-471, 1995; Lutzen 등, Structural characteristics of ultrathin nanocrystalline silicon films formed by annealing amorphous silicon, J. Vac. Sci. Technology B 16: 2802-05, 1998; 미국 특허 제5,770,022호; 제5,994,164호; 제6,268,041호; 제6,294,442호; 제6,300,193호). 본 명세서에 공개된 방법 및 장치(300)는 나노결정 실리콘의 제조 방법으로 제한되지 않으며, 어떠한 공지된 방법도 사용될 수 있음이 예기된다.
나노결정 실리콘의 제조 방법의 비제한적인 예에는 실리콘(Si)을 실리콘 풍부 옥시드로 임플란팅 및 어닐링; 금속 핵형성 촉매로 고체상 결정화; 화학적 기상 증착; PECVD(플라즈마 강화된 화학적 기상 증착); 기체 증발; 기체상 열분해; 기체상 광열분해; 전기화학적 에칭; 실란 및 폴리실란의 플라즈마 분해; 고압 액체상 환원-산화 반응; 무정형 실리콘 층의 빠른 어닐링; LPCVD(저압 화학적 기상 증착)를 사용한 무정형 실리콘 증착 및 이후 RTA(빠른 열 어닐링) 사이클; 실리콘 양극 및 실리콘의 레이저 식각(ablation)을 사용한 플라즈마 전기 아크 증착이 포함된다(미국 특허 제5,770,022호; 제5,994,164호; 제6,268,041호; 제6,294,442호; 제6,300,193호). 방법에 따라, 1 내지 100 nm 또는 그 이상의 크기를 갖는 Si 결정이 칩 상의 얇은 층, 분리된 층 및/또는 집합된 결정으로 형성될 수 있다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 기재 층(110, 210)에 부착되는 나노결정 실리콘을 포함하는 얇은 층이 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예에서, 나노결정 실리콘이 공개된 방법 및 장치(300)에 사용될 수 있음이 예기된다. 그러나, 이 구체예는 개시 물질의 조성으로만 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 선택적 구체예에서는 다른 물질들의 사용이 예기되며, 이 때 단지 이 물질은 도 2에 예시된 바와 같이, 라만 민감성 금속으로 코팅될 수 있는 다공성 기재(110, 210)를 형성할 수 있을 것이 요구된다.
본 발명의 어떠한 구체예에서, 실리콘 결정의 크기 및/또는 형태 및/또는 다공성 실리콘 내 포어 크기는 예컨대, 금속-코팅된 다공성 실리콘(240, 340)의 플라스몬 공명 진동수의 최적화를 위해, 미리 결정된 한계 내에서 선택될 수 있다(예, 미국 특허 제6,344,272호 참조). 플라스몬 공명 진동수는 다공성 실리콘(240, 340)을 코팅하는 금속 층의 두께를 조절함으로써 조정될 수 있다(미국 특허 제 6,344,272호). 나노-스케일 실리콘 결정의 크기를 조절하는 기술은 공지되어 있다(예, 미국 특허 제5,994,164호 및 제6,294,442호).
다공성 실리콘
본 발명의 어떠한 구체예는 라만 활성, 금속-코팅된 기재(240, 340)를 포함하는 장치(300) 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 다양한 구체예에서, 기재는 나노결정 다공성 실리콘(110, 210)을 포함한다. 상기 서술된 바와 같이, 기재(110, 210)는 순수 실리콘으로 제한되는 것은 아니며, 또한 실리콘 니트리드, 게르마늄 및/또는 기타 칩 제조 분야에 공지된 물질들을 포함할 수 있다. 금속 핵형성 촉매 및/또는 도판트와 같은 물질들 또한 소량으로 존재할 수 있다. 이 때 단지 이 기재 물질이 도 2에 예시된 바와 같이, 기재 물질이 라만 민감성 금속으로 코팅될 수 있는 다공성 기재(110, 210)를 형성할 수 있을 것이 요구된다. 다공성 실리콘은 783 m2/cm3 까지의 큰 표면적을 가져, 표면 증강된 라만 분광법 기술을 위한 매우 넓은 표면을 제공해준다.
다공성 실리콘(110, 210)은 실리콘을 희석된 플루오르화수소산 용액 내에서 전기폴리싱함으로써 1950년대 후반에 개발되었다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 다공성 실리콘(110, 210)은 전기화학적 셀(120) 내에서 실리콘 기재(110, 210)를 희석된 플루오르화수소산(HF)(150)으로 에칭함으로써 제조될 수 있다. 어떠한 경우에, 실리콘은 HF 150 내, 저전류 밀도에서 초기 에칭될 수 있다. 초기 포어가 형성된 후, 실리콘은 전기화학적 셀(120)에서 제거될 수 있으며, 매우 희석된 HF(150)에서 에칭되어, 전기화학적 셀(120)에서 형성된 포어를 넓게 할 수 있다. 실리콘 기재(110, 210)의 조성은 또한 실리콘이 도핑되었는지 여부, 도판트의 유형 및 도핑 정도에 따라, 포어 크기에 영향을 줄 것이다. 도핑이 실리콘 포어 크기에 미치는 영향은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 큰 바이오분자의 검출 및/또는 확인을 포함하는 본 발명의 구체예를 위해, 약 2 nm 내지 100 또는 200 nm의 포어 크기가 선택될 수 있다. 다공성 실리콘 내 포어의 방위 또한 본 발명의 특정 구체예에서 선택될 수 있다. 예컨대, 에칭된 1,0,0 결정 구조는 결정에 수직 방위인 포어를 가지는 반면, 1,1,1 또는 1,1,0 결정 구조는 결정 축을 따라 대각선 방위인 포어를 가질 것이다. 결정 구조가 포어 방위에 미치는 영향 또한 본 기술 분야에 공지되어 있다. 라만 시그날을 증강시키고 백그라운드 노이즈를 감소시키기 위해, 결정 조성 및 다공도 또한 다공성 실리콘의 광학 성질을 변화시키도록 조절될 수 있다. 다공성 실리콘의 광학 성질 또한 본 기술 분야에 잘 공지되어 있다(예, Cullis 등, J. Appl. Phys. 82: 909-965, 1997; Collins 등, Physics Today 50: 24-31, 1997).
다공성 실리콘 기재(110, 210)의 제조를 위한 방법 및 장치(100)의 비제한적인 예를 도 1에 나타낸다. 실리콘 웨이퍼(110)를 테플론?과 같은 비활성 물질을 포함하는 전기화학적 셀(120) 내부에 위치시킨다. 웨이퍼(110)는 정전류원(130)의 양극에 연결되어, 전기화학적 셀(120)의 양극(110)을 형성한다. 정전류원(130)의 음극은 백금 음극(140)과 같은 음극(140)에 연결된다. 전기화학적 셀(120)은 에탄올 내 HF(150)의 희석된 전해질 용액으로 충전될 수 있다. 선택적으로, HF(150)는 기타 알콜 및/또는 본 기술 분야에 공지된 계면 활성제, 예컨대, 펜탄 또는 헥산에 용해될 수 있다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 컴퓨터(160, 395)는 전류, 전압 및/또는 전기화학적 에칭 시간을 조절하기 위해 정전류(130)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 전기화학적 셀(120) 내 HF 전해질(150)에 노출된 실리콘 웨이퍼(110)는 에칭되어 다공성 실리콘 기재(110, 210)를 형성한다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 다공성 실리콘 층(210)의 두께 및 실리콘(210)의 다공도는 아노다이징(anodization)의 시간 및/또는 전류 밀도, 및 전해질 용액내 HF(15)의 농도를 조절함으로써 조절될 수 있다(예, 미국 특허 제6,358,815호).
본 발명의 다양한 구체예에서, 실리콘 웨이퍼(110)의 일부는 폴리메틸-메타크릴레이트와 같은 어떠한 공지된 저항 화합물로 코팅함으로써, HF(150) 에칭으로부터 보호될 수 있다. 선택된 실리콘 웨이퍼(110)의 일부를 HF(150) 에칭에 노출시키는 데 사용되는 광석판법과 같은 석판 방법은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 선택적 에칭은 라만 분광법에 사용되는 다공성 Si 챔버의 크기 및 형태를 조절하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 약 1 ㎛(마이크로미터) 직경의 다공성 실리콘 챔버가 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 약 1 ㎛ 폭의 다공성 실리콘의 트랜치(trench) 또는 채널이 사용될 수 있다. 다공성 실리콘 챔버의 크기는 제한되지 않으며, 이는 다공성 실리콘 챔버의 어떠한 크기 및 형태도 사용될 수 있음을 예기한다. 1 ㎛ 챔버 크기가 예컨대, 1 ㎛ 크기의 여기 레이저와 사용될 수 있다.
상기 공개된 대표적인 방법은 다공성 실리콘 기재(110, 210)의 제조에만 제한되지 않으며, 본 기술 분야에 공지된 어떠한 방법도 사용될 수 있음이 예기된다. 다공성 실리콘 기재(110, 210)를 제조하기 위한 방법의 비제한적인 예에는 실리콘 웨이퍼(110)의 양극 에칭; 전기플레이팅; 및 실리콘/산소 함유 물질의 증착 및 이후의 조절되는 어닐링이 포함된다(예, Canham, "Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers," Appl. Phys. Lett. 57: 1046, 1990; 미국 특허 제5,561,304호; 제6,153,489호; 제6,171,945호; 제6,322,895호; 제6,358,613호; 제6,358,815호; 제6,359,276호). 본 발명의 다양한 구체예에서, 다공성 실리콘 층(210)은 하나 이상의 지지 층, 예컨대, 벌크 실리콘, 석영, 유리 및/또는 플라스틱에 부착될 수 있다. 어떠한 구체예에서, 실리콘 니트리드와 같은 에칭 정지 층은 에칭의 깊이를 조절하는 데 사용될 수 있다. 다공성 실리콘 층(210)은 칩 제조 분야에 공지된 방법을 사용하여 반도체 칩에 통합될 수 있다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 금속-코팅된 다공성 실리콘(240, 340) 챔버는 다양한 채널, 마이크로채널, 나노채널, 마이크로유체 채널, 반응 챔버 등에 연결된 집적된 칩(integrated chip)의 일부로 고안될 수 있다. 선택적 구체예에서, 금속-코팅된 다공성 실리콘(240, 340) 챔버는 실리콘 웨이퍼에서 절단되어 칩 및/또는 기타 장치에 통합될 수 있다.
본 발명의 어떠한 선택적 구체예에서, 다공성 실리콘 기재(110, 210)가 금속 코팅 이전 또는 이후에 부가적으로 변형될 수 있음이 예기된다. 예컨대, 다공성 실리콘 기재(110, 210)는 에칭 후, 본 기술 분야에 공지된 방법을 사용하여 실리콘 옥시드 및/또는 실리콘 디옥시드로 산화될 수 있다. 산화는 예컨대, 다공성 실리콘 기재(110, 210)의 기계적 강도 및 안정성을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 금속-코팅된 실리콘 기재(240, 340)는 실리콘 재료를 제거하기 위해 추가적으로 에칭되어, 빈 채로 남아있거나 부가적 라만 활성 금속과 같은 기타 물질로 충전될 수 있는 금속 쉘을 남길 수 있다.
다공성 실리콘의 금속 코팅
다공성 실리콘 기재(110, 210)는 금, 은, 백금, 구리 또는 알루미늄과 같은 라만 활성 금속으로, 본 기술 분야에 공지된 어떠한 방법으로 코팅될 수 있다. 비제한적인 대표적인 방법에는 전기플레이팅; 음극 전기이동; 금속의 증발 및 스퍼터링; 시드 결정을 사용하여 플레이팅의 촉매화(즉, 구리/니켈 시드를 사용하여 금을 플레이팅); 이온 임플란팅; 확산; 또는 얇은 금속 층을 실리콘 기재(110, 210, 240, 340)에 플레이팅하는 본 기술 분야에 공지된 어떠한 다른 방법들이 포함된다(예, Lopez & Fauchet, "Erbium emission form porous silicon one-dimensional photonic band gap structures," Appl. Phys. Lett. 77: 3704-6, 2000; 미국 특허 제5,561,304호; 제6,171,945호; 제6,359,276호 참조). 금속 코팅의 다른 비제한적인 예에는 비전기적 플레이팅이 포함된다(예, Gole 등, "Patterned metallization of porous silicon from electroless solution for direct electrical contact", J. Electrochem. Soc. 147: 3785, 2000). 금속 층의 조성 및/또는 두께는 금속-코팅된 다공성 실리콘(240, 340)의 플라스몬 공명 진동수를 최적화 함으로써 조절될 수 있다.
본 발명의 선택적 구체예에서, 분석물 검출을 위해 사용되는 라만 활성 기재(240, 340)에는 금속-코팅된, 나노결정, 다공성 실리콘 기재(240, 340), 고정화된 금속 콜로이드, 예컨대, 상이한 유형의 기재 상에 코팅된 음 또는 금 나노입자, 및/또는 금속-코팅된 나노결정, 다공성 실리콘 기재(240, 340)의 상부 상에 코팅된 고정화된 금속 콜로이드가 포함될 수 있다. 후자의 조성은 기재에 들어가는 용액 내 분석물에 대해 상대적으로 작은 채널을 갖는 매우 높은 밀도의 라만 활성 금속을 가질 것이다. 이는 큰 단백질이나 핵산과 같은 큰 분석물 분자에는 적합하지 않을 수도 있으나, 단일 뉴클레오티드나 아미노산과 같은 작은 분석물에는 뛰어난 감도 및 검출을 제공할 수 있다. 금속 콜로이드는 이하 서술하는 바와 같이, 나노입자의 형태일 수 있다.
나노입자
본 발명의 어떠한 구체예에서, 금 또는 은 나노입자와 같은 라만 활성 금속 입자가 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재(240, 340)에 첨가되어 라만 시그날을 추가 증강시킬 수 있다. 본 발명의 다양한 구체예에서, 1 nm 및 2 ㎛ 직경 사이의 나노입자가 사용될 수 있다. 본 발명의 선택적 구체예에서, 2 nm 내지 1 ㎛, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 200 nm, 20 nm 내지 100 nm, 30 nm 내지 80 nm, 40 nm 내지 70 nm 또는 50 nm 내지 60 nm 직경의 나노입자가 예기된다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 10 내지 50 nm, 50 내지 100 nm 또는 약 100 nm의 평균 직경을 갖는 나노입자가 예기된다. 나노입자의 크기는 금속-코팅된 다공성 실리콘(240, 340) 내 포어의 직경에 의존할 것이며, 나노입자가 포어 내에 피트되도록 선택될 수 있다. 어떠한 형태의 나노입자 또는 불규칙한 형태의 나노입자가 사용될 수 있음에도 불구하고, 나노입자는 거의 구형 형태일 수 있다. 나노입자의 제조 방법은 공지되어 있다(예, 미국 특허 제6,054,495호; 제6,127,120호; 제6,149,868호; Lee & Meisel, J. Phys. Chem. 86: 3391-3395, 1982). 나노입자는 또한 나노프리즘의 형태로 제공될 수도 있다(Jin 등, "Photoinduced conversion of silver nanospheres to nanoprisms," Science 294: 1901, 2001). 나노입자는 상업적 시판원에서 구매할 수도 있다(예, Nanoprobes Inc., Yaphank, N.Y.; Polysciences, Inc., Warrington, Pa.).
본 발명의 어떠한 구체예에서, 나노입자는 나노입자의 랜덤 집합체(콜로이드 나노입자)일 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 나노입자는 교차 결합되어 나노입자의 특정 집합체, 예컨대, 다이머, 트리머, 테트라머 또는 기타 집합체를 생성할 수 있다. 본 발명의 어떠한 선택적 구체예는 상이한 크기의 집합체의 분균질 혼합물을 사용할 수 있는 반면, 다른 선택적 구체예는 나노입자 집합체의 균질한 집단을 사용할 수 있다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 선택된 수의 나노입자들(다이머, 트리머 등)을 함유하는 집합체는 수크로즈 구배 용액에서의 초원심분리와 같이 공지된 기술에 의해 농축 또는 정제될 수 있다.
나노입자를 교차 결합하는 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다(예, Feldheim, "Assembly of metal nanoparticle arrays using molecular bridges," The Electrochemical Society Interface, Fall, 2001, pp. 22-25 참조). 금 나노입자와 말단 티올 또는 설프히드릴기를 갖는 링커 화합물과의 반응은 공지되어 있다(Feldheim, 2001). 본 발명의 일부 구체예에서, 단일 링커 화합물은 양쪽 말단에 티올기를 갖도록 유도될 수 있다. 금 나노입자와 반응시, 링커는 나노입자 다이머를 형성할 수 있으며, 이는 링커와 길이에 의해 분리된다. 본 발명의 다른 구체예에서, 3개, 4개 또는 그 이상의 티올기를 갖는 링커가 동시에 다중 나노입자에 부착되기 위해 사용될 수 있다(Feldheim, 2001). 링커 화합물에 대한 과량의 나노입자의 사용은 다중 교차 결합의 형성 및 나노입자 침전을 방지한다. 은 나노입자의 집합체는 본 기술 분야에 공지된 표준 합성 방법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 금 또는 은 나노입자는 유도된 실란, 예컨대, 아미노실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(GOP) 또는 아미노프로필트리메톡시실란(APTS)으로 코팅될 수 있다. 실란 말단의 반응성기가 나노입자의 교차 결합된 집합체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 사용된 링커 화합물은 대개 약 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.75, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 80, 90 내지 100 nm의 길이 또는 이 이상의 길이로 사용될 수 있다. 본 발명의 어떠한 구체예는 불균질한 길이를 갖는 링커들을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 선택적 구체예에서, 나노입자가 링커 화합물에 부착하기 이전에 다양한 반응성기를 함유하도록 변형될 수 있다. 변형된 나노입자는 나노골드?나노입자(Nanoprobes, Inc., Yaphank, N.Y.에서 구매)와 같이 시판중이다. 나노골드?나노입자는 나노입자당 부착된 단일 또는 다중 말레이미드, 아민 또는 기타 기를 갖는 것을 구매할 수 있다. 나노골드?나노입자는 또한 전기장에서의 나노입자의 조작을 용이하게 하기 위해 양전하 또는 음전하 형태일 수 있다. 이러한 변형된 나노입자는 다양한 공지된 링커 화합물에 부착되어 나노입자의 다이머, 트리머 또는 기타 집합체를 형성할 수 있다.
용액에서 침전되지 않는 나노입자의 작은 집합체를 생성하는 한, 사용된 링커 화합물의 유형은 제한되지 않는다. 본 발명의 일부 구체예에서, 링커기는 페닐아세틸렌 중합체를 포함할 수 있다(Feldheim, 2001). 선택적으로, 링커기는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 또는 기타 공지된 중합체를 포함할 수 있다. 사용되는 링커 화합물은 중합체로 제한되지 않으며, 실란, 알칸, 유도된 실란 또는 유도된 알칸과 같은 다른 유형의 분자들도 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 알칸이나 실란과 같은, 상대적으로 단순한 화학 구조를 갖는 링커 화합물은 분석물에 의해 방출되는 라만 시그날과의 간섭을 피하기 위해 사용될 수 있다.
마이크로-전기-기계적 시스템(MEMS)
본 발명의 일부 구체예에서, 라만 활성 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재(240, 340)는 더 큰 장치(300) 및/또는 시스템에 통합될 수 있다. 어떠한 구체예에서, 기재(240, 340)는 마이크로-전기-기계적 시스템(MEMS)에 통합될 수 있다. MEMS는 기계적 부재, 센서, 작동기, 및 일렉트로닉스를 포함하는 집적 시스템이다. 이들 모든 성분들은 실리콘계 기재 또는 동등한 기재를 포함하는 통상적인 칩에서 사용되는 마이크로제작 기술에 의해 제조될 수 있다(예, Voldman 등, Ann. Rev. Biomed. Eng. 1: 401-425, 1999). MEMS의 센서 성분은 기계적, 열적, 생물학적, 화학적, 광학적 및/또는 전자기적 현상을 측정하는 데 사용될 수 있다. 일렉트로닉스는 센서로부터의 정보를 프로세싱하고, 조절 작동기 성분, 예컨대, 펌프, 밸브, 가열기, 냉각기, 필터 등은 이에 따라 MEMS의 기능을 조절할 수 있다.
MEMS의 전자 성분은 집적 회로(IC) 공정을 사용하여 제작될 수 있다(예, CMOS, 양극, 또는 BICMOS 공정). 이들은 컴퓨터 칩 제조 분야에 공지된 광석판 방법 및 에칭 방법을 사용하여 패턴화될 수 있다. 마이크로기계적 성분은 실리콘 웨이퍼의 일부를 선택적으로 에칭하거나 새로운 구조 층을 첨가하여 기계적 및/또는 전기기계적 성분을 형성하는 양립 가능한 "마이크로머시닝" 공정을 사용하여 제작될 수 있다.
MEMS 제조시의 기본 기술에는 물질의 얇은 필름을 기재 상에 증착하는 것, 광석판 이미징 또는 기타 공지된 석판 방법에 의해 필름의 상부에 패턴화된 마스크를 도포하는 것, 및 필름을 선택적으로 에칭하는 것이 포함된다. 얇은 필름은 몇 나노미터 내지 100 마이크로미터 범위의 두께를 가질 수 있다. 사용되는 증착 기술에는 화학적 기상 증착(CVD), 전기증착, 에피택시 및 열 산화와 같은 화학적 과정, 및 물리적 기상 증착(PVD)과 같은 물리적 과정 및 캐스팅이 포함된다. 나노전기기계적 시스템의 제조 방법은 본 발명의 어떠한 구체예에 대해 사용될 수 있다(예, Craighead, Science 290: 1532-36, 2000 참조).
본 발명의 일부 구체예에서, 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재(240, 340)는 다양한 유체로 충전된 구획, 예컨대, 마이크로유체 채널, 나노채널 및/또는 마이크로채널에 연결될 수 있다. 이들 및 장치(300)의 기타 성분들은 단일 유닛으로, 예컨대, 반도체 칩 및/또는 마이크로모세관 또는 마이크로유체 칩으로, 공지된 칩의 형태로 형성될 수 있다. 선택적으로, 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재(240, 340)는 실리콘 웨이퍼로부터 제거되어, 장치(300)의 다른 성분에 부착될 수 있다. 실리콘, 실리콘 디옥시드, 실리콘 니트리드, 폴리디메틸 실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 플라스틱, 유리, 석영 등을 비롯한, 이러한 칩에 사용되는 공지된 어떠한 물질을 공개된 장치(300)에 사용할 수 있다,
칩의 배치 제작을 위한 기술은 컴퓨터 칩 제조 및/또는 마이크로모세관 칩 제조 분야에 잘 공지되어 있다. 이러한 칩은 광석판법 및 에칭, 레이저 식각, 주입 몰딩, 캐스팅, 분자 빔 에피택시, 딥-펜 나노석판법, 화학적 기상 증착(CVD) 제작, 전자빔 또는 포커싱된 이온 빔 기술 또는 임프린팅 기술과 같은 본 기술 분야에 공지된 어떠한 방법에 의해서 제조될 수 있다. 비제한적인 예에는 플라스틱이나 유리와 같은 유동적이고 광학적으로 투명한 물질로 종래의 몰딩을 하는 것; 실리콘 디옥시드의 광석판 및 건조 에칭을 하는 것; 폴리메틸메타크릴레이트 저항을 사용하여 전자빔 석판하여 실리콘 디옥시드 기재 상에 알루미늄 마스크를 패턴화한 후, 반응성 이온 에칭을 하는 것이 포함된다. 나노전기기계적 시스템의 제조 방법은 본 발명의 어떠한 구체예에 대해 사용될 수 있다(예, Craighead, Science 290: 1532-36, 2000 참조). 다양한 형태의 마이크로제작된 칩은 예컨대, Caliper Technologies Inc.(Mountain View, Calif.) 및 ACLARA BioSciences Inc.(Mountain View, Calif.)로부터 시판중이다.
본 발명의 어떠한 구체예에서, 장치(300)의 일부 또는 전부는 라만 분광법에 사용되는 여기 및 방출 진동수에서 전자기적 방사에 투과적이도록, 예컨대, 유리, 실리콘, 석영 또는 기타 광학적으로 투명한 물질로 선택될 수 있다. 다양한 바이오분자들, 예컨대, 단백질, 펩티드, 핵산, 뉴클레오티드 등에 노출될 수 있는 유체 충전된 구획의 경우, 이러한 분자들에 노출된 표면은 코팅에 의해 변형되어, 예컨대, 소수성 표면에서 친수성 표면으로 표면이 변화되거나 및/또는 분자의 표면에 대한 흡착이 감소될 수 있다. 유리, 실리콘, 석영 및/또는 PDMS와 같은 통상적인 칩 물질의 표면 변형은 본 기술 분야에 공지되어 있다(예, 미국 특허 제 6,263,286호). 이러한 변형에는 시판되는 모세관 코팅(Supelco, Bellafonte, Pa.), 폴리에틸렌옥시드나 아크릴아미드와 같은 다양한 작용기를 갖는 실란으로 코팅, 또는 본 기술 분야에 공지된 어떠한 코팅이 포함되나, 이로 제한되지 않는다.
라만 분광법
라만 검출기
본 발명의 일부 구체예에서, 분석물은 라만 분광법의 어떠한 공지된 방법에 의해 검출 및/또는 확인될 수 있다. 이러한 구체예에서, 라만 활성 기재(240, 340)는 하나 이상의 라만 검출 유닛(360)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 라만 분광법에 의해 분석물을 검출하는 다양한 방법들이 본 기술 분야에 공지되어 있다(예, 미국 특허 제6,002,471호; 제6,040,191호; 제6,149,868호; 제6,174,677호; 제6,313,914호 참조). 다양한 표면 증강된 라만 분광법(SERS), 표면 증강된 공명 라만 분광법(SERRS), 하이퍼-라만 분광법 및 간섭성 항-스토크 라만 분광법(CARS)이 공개되어 왔다. SERS 및 SERRS에서, 라만 검출 감도는 거칠은 금속 표면, 예컨대, 은, 금, 백금, 구리 또는 알루미늄 표면 상에 흡착된 분자에 대해 106 또는 그 이상의 인자만큼 증강된다.
라만 검출 유닛(360)의 비제한적인 예는 미국 특허 제6,002,471호에 공개되어 있다. 여기 빔(390)은 532 nm 파장에서의 진동수 더블된 Nd:YAG 레이저(370) 또는 365 nm 파장에서의 진동수 더블된 Ti:사파이어 레이저(370)에 의해 발생된다. 펄스된 레이저 빔(390) 또는 연속 레이저 빔(390)이 사용된다. 여기 빔(390)은 공초점 광학기 및 현미경 대물렌즈를 관통하며, 하나 이상의 분석물을 함유하는 라만 활성 기재(240, 340)로 포커싱된다. 분석물 유래의 라만 방출 빛은 현미경 대물렌즈 및 공초점 광학기에 의해 수집되며, 분광 분리를 위해 나노크로마터에 커플된다. 공초점 광학기는 백그라운드 시그날을 감소시키기 위한 이색성 필터, 배리어 필터, 공초점 핀홀, 렌즈, 및 거울의 조합을 포함한다. 공초점 광학기는 물론 표준 전체 장 광학기(standard full field optics)가 사용될 수 있다. 라만 방출 시그날은 시그날을 계수 및 디지탈화하는 컴퓨터(160, 395)로 인터페이스된 전자눈사태(avalanche) 광다이오드를 포함하는 라만 검출기(380)에 의해 검출된다.
라만 검출 유닛(360)의 다른 예에는 단일-광자 계수 모드로 작동되는 갈륨-비소 포토멀티플리어 튜브(RCA Model C31034 or Burle Industries Model C3103402)를 갖는 스펙스 모델(Spex Model) 1403 더블-회절격자 분광계가 포함되여, 미국 특허 제5,306,403호에 공개된다. 여기 원은 514.5 nm 라인의 아르곤-이온 레이저(370)(SpectraPhysics, Model 166) 및 647.1 nm 라인의 크립톤-이온 레이저(370)(Innova 70, Coherent)를 포함한다.
선택적 여기 원은 337 nm에서의 질소 레이저(370)(Laser Science Inc.) 및 325 nm에서의 헬륨-카드뮴 레이저(370)(Liconox)(미국 특허 제 6,174,677호), 광 발산 다이오드, Nd:YLF 레이저(370), 및/또는 다양한 이온 레이저(370) 및/또는 염료 레이저(370)를 포함한다. 여기 빔(390)은 밴드패스 필터(Corion)로 스펙트럼으로 정제될 수 있으며, 6X 대물 렌즈(Newport, Model L6X)를 사용하여 라만 활성 기재(240, 340) 상으로 포커싱될 수 있다. 대물 렌즈는 홀로그래픽 빔 스플리터(Kaiser Optical Systems, Inc., Model HB 647-26N18)를 사용하여, 여기 빔(390)에 대해 직각 기하학 및 방출된 라만 시그날을 생성함으로써, 분석물을 여기시키며 라만 시그날을 회수하는 데 모두에 사용될 수 있다. 홀로그래픽 노치 필터(Kaiser Optical Systems, Inc.)는 레이레이그(Rayleigh) 산란된 방사를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 선택적인 라만 검출기(380)는 레드-증강된 증대된 전하-커플된 장치(RE-ICCD) 검출 시스템(Princeton Instruments)이 장착된 ISA HR-320 분광법을 포함한다. 푸리에-전이(Fourier-transform) 분광법(미카엘슨(Michaelson) 간섭계에 기초), 대전된 주입 장치, 광다이오드 어레이, InGaAs 검출기, 전자-다중화된 CCD, 증대된 CCD 및/또는 광트랜지스터 어레이와 같은 다른 유형의 검출기(380)가 사용될 수 있다.
라만 산란, 공명 라만 산란, 표면 증강된 라만 산란, 표면 증강된 공명 라만 산란, 간섭성 항-스토크 라만 분광법(CARS), 자극된 라만 산란, 역 라만 분광법, 자극된 게인 라만 분광법, 하이퍼-라만 산란, 분자 광학 레이저 조사기(MOLE) 또는 라만 마이크로프로브 또는 라만 현미경법 또는 공초점 라만 마이크로분광법, 3차원 또는 스캐닝 라만, 라만 포화 분광법, 시간 결정된 공명 라만, 라만 디커플링 분광법 또는 UV-라만 현미경법을 포함하나, 이로 제한되지 않는, 라만 분광법의 어떠한 적절한 형태 또는 구성, 또는 본 기술 분야에 공지된 관련 기술들이 분석물의 검출에 사용될 수 있다.
라만 표지
본 발명의 어떠한 구체예는 표지를 하나 이상의 분석물에 부착하여 라만 검출 유닛(360)에 의한 측정을 용이하게 할 수 있다. 라만 분광법에 사용될 수 있는 표지의 비제한적인 예에는 TRIT(테트라메틸 로다민 이소티올), NBD(7-니트로벤즈-2-옥사-1,3-디아졸), 텍사스 레드 염료, 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 크레실 패스트 바이올렛, 크레실 블루 바이올렛, 선명한 크레실 블루, 파라-아미노벤조산, 에리트로신, 바이오틴, 디곡시제닌, 5-카르복시-4',5'-디클로로-2',7'-디메톡시 플루오레세린, 5-카르복시-2',4',5',7'-테트라클로로플루오레세린, 5-카르복시플루오레세린, 5-카르복시 로다민, 6-카르복시로다민, 6-카르복시테트라메틸 아미노 프탈로시아닌, 아조메틴, 시아닌, 잔신, 숙시닐플루오레세린, 아미노아크리딘, 양자 돗트, 탄소 나노튜브 및 풀러렌이 포함된다. 이들 및 다른 라만 표지들은 상업적 시판원(예, Molecular Probes, Eugene, Oreg.; Sigma Aldrich Chemical Co., St. Louis, Mo.)에서 구매할 수 있으며, 및/또는 본 기술 분야에 공지된 방법으로 합성될 수 있다.
폴리시클 방향족 화합물은 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 라만 표지로 작용할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에 사용될 수 있는 기타 표지들에는 시아니드, 티올, 염소, 브롬, 메틸, 인 및 황이 포함된다. 라만 분광법에서의 표지의 사용은 공지되어 있다(예, 미국 특허 제5,306,403호 및 제6,174,677호). 당업자라면 사용된 라만 표지들이 구별 가능한 라만 스펙트럼을 발생해야 하며, 상이한 유형의 분석물에 특이적으로 결합하거나 연결될 수 있음을 이해할 것이다.
표지는 직접 분석물에 부착되거나 다양한 링커 화합물을 통해 부착될 수 있다. 공개된 방법에서 사용되는 교차 결합 시약 및 링커 화합물은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 분석물과 같은 다른 분자들과 공유적으로 반응하도록 고안된 반응성 기들을 함유하는 라만 표지들은 시판중이다(예, Molecular Probes, Eugene, Oreg.). 표지된 분석물의 제조 방법은 공지되어 있다(예, 미국 특허 제4,962,037호; 제5,405,747호; 제6,136,543호; 제6,210,896호).
컴퓨터
본 발명의 어떠한 구체예에서, 장치(100, 300)는 컴퓨터(160, 395)를 포함할 수 있다. 이 구체예는 사용된 컴퓨터(160, 395)의 유형으로 제한되지 않는다. 대표적인 컴퓨터(160, 395)는 정보를 커뮤니케이팅하는 버스 및 정보를 프로세싱하는 프로세서를 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 프로세서는 펜티엄?패밀리의 프로세서에서 선택되며, Intel Corp.(Santa Clara, Calif.)에서 구매가능한 펜티엄?II 패밀리, 펜티엄?III 패밀리 및 펜티엄?4 패밀리의 프로세서를 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 본 발명의 선택적 구체예에서, 프로세서는 셀레론?, 이타늄?, X-스케일 또는 펜티엄 제온?프로세서일 수 있다(Intel Corp., Santa Clara, Calif.). 본 발명의 다양한 구체예에서, 프로세서는 인텔?아키텍쳐, 예컨대, 인텔?IA-32 또는 인텔?IA-64 아키텍쳐에 기초할 수 있다. 선택적으로, 다른 프로세서도 사용될 수 있다.
컴퓨터(160, 395)는 랜덤 어세스 메모리(RAM) 또는 기타 다이나믹 저장 장치, 리드 온리 메모리(ROM) 또는 기타 정적 저장 및 데이타 저장 장치, 예컨대, 자기 디스크 또는 광학 디스크 및 이의 대응되는 드라이브를 추가로 포함할 수 있다. 컴퓨터(160, 395)는 본 기술 분야에 공지된 기타 주변 장치들, 예컨대, 디스플레이 장치(예, 음극선 튜브 또는 액체 크리스탈 디스플레이), 문자숫자식 입력 장치(예, 키보드), 커서 조절 장치(예, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키) 및 커뮤니케이션 장치(예, 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드, 또는 에테르넷(Ethernet)에 커플링되어 사용되는 인터페이스 장치, 토큰 링, 또는 기타 유형의 네트워크)를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 라만 검출 유닛(360)은 컴퓨터(160, 395)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 검출 유닛(360)으로부터의 데이타는 프로세서에 의해 프로세싱되어 데이타는 메인 메모리에 저장될 수 있다. 표준 분석물에 대한 방출 프로파일 상의 데이타 또한 메인 메모리나 ROM에 저장될 수 있다. 프로세서는 라만 활성 기재(240, 340)내 분석물 유래의 방출 스펙트럼을 비교하여 샘플내 분석물(들)의 유형을 확인할 수 있다. 프로세서는 검출 유닛(360)으로부터의 데이타를 분석하여, 다양한 분석물을 확인하고 및/또는 그 농도를 결정할 수 있다. 상이하게 장착된 컴퓨터(160, 395)가 어떠한 수행에는 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 시스템의 구성은 본 발명의 상이한 구체예에 따라 다양할 수 있다.
본 명세서에 서술된 프로세스가 프로그램된 프로세서의 조절하에 수행될 수 있는 반면, 본 발명의 선택적 구체예에서는 프로세스가 어떠한 프로그램 가능한 또는 하드코드된 로직, 예컨대, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), TTL 로직, 또는 적용 특이적 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 부가적으로, 공개된 방법은 프로그램된 일반적 목적의 컴퓨터(160, 395) 성분 및/또는 통상적인 하드웨어 성분들의 어떠한 조합에 의해 수행될 수 있다.
데이타 수집 조업 이후, 데이타는 전형적으로 데이타 분석 조업으로 기록될 것이다. 분석 조업을 용이하게 하기 위해, 검출 유닛(360)에서 얻어진 데이타는 상기 서술한 바와 같은 디지탈 컴퓨터(160, 395)를 사용하여 전형적으로 분석될 것이다. 전형적으로, 컴퓨터(160, 395)는 검출 유닛(360) 유래 데이타의 분석 및 기록은 물론, 데이타의 수취 및 저장을 위해 적절히 프로그램될 것이다.
본 발명의 어떠한 구체예에서, 통상적으로 고안된 소프트웨어 패키지가 검출 유닛(360)에서 얻은 데이타를 분석하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 선택적 구체예에서, 데이타 분석은 컴퓨터(160, 395) 및 시판중인 소프트웨어 패키지를 사용하여 수행될 수 있다.
실시예 1: 라만 활성 기재의 제조
다공성 나노결정 실리콘의 형성
나노결정 다공성 실리콘 기재(110, 210)를 형성하기 위한 대표적인 방법 및 장치(100)를 도 1에 나타낸다. 나노결정 다공성 실리콘의 제조 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다(예, 미국 특허 제6,017,773호). 나노결정 다공성 실리콘 층은 Petrova-Koch 등(Appl. Phys. Let. 61: 943, 1992)에 의해 공개된 바와 같이 전기화학적으로 형성될 수 있다. 특정 응용 분야에 따라, 실리콘은 에칭 이전에 약간 또는 많이 p-도핑 또는 n-도핑되어, 다공성 실리콘 기재(110, 210)의 특징을 조절할 수 있다. 단일 결정 실리콘 잉곳(ingot)은 잘 알려진 쵸크랄스키(Czochralski) 방법(예, http://www.msil.ab.psiweb.com/english/msilhist4-e.html)으로 제작될 수 있다. 단일 결정 실리콘 웨이퍼(110)는 희석된 HF/에탄올(150)에서 양극 에칭으로 처리되어, 나노결정 다공성 실리콘 기재(110, 210)를 형성할 수 있다. 선택적으로, HF, 질산 및 물(150)의 용액에서의 화학적 에칭은 양극 에칭없이 사용될 수 있다.
웨이퍼는 에칭 이전에 폴리메틸-메타크릴레이트 저항 또는 기타 공지된 어떠한 저항 화합물로 코팅될 수 있다. 나노결정 다공성 실리콘 기재(110, 210)를 위한 패턴은 표준 광석판 기술에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 상이한 구체예에서, 나노결정 다공성 기재(110, 210)는 원형, 트렌치 형태, 채널 형태 또는 어떠한 다른 선택된 형태일 수 있다. 어떠한 구체예에서, 다중 다공성 기재(110, 210)는 단일 실리콘 웨이퍼(110) 상에 형성되어 라만 분석을 위한 다중 샘플링 채널 및/또는 챔버를 가능케 할 수 있다. 각각의 샘플링 채널 및/또는 챔버는 하나 이상의 라만 검출기(380)에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
저항 코팅 및 석판법 이후, 웨이퍼(110)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 테플론?으로 구성된 전기화학적 셀(120)에서 에탄올 및/또는 희석된 물 내 약 15 내지 50 중량%의 HF 용액(150)에 노출될 수 있다. 본 발명의 상이한 구체예에서, 전체 저항 코팅된 웨이퍼(110)는 HF 용액(150)에 함침될 수도 있다. 선택적 구체예에서, 웨이퍼(110)는 전기화학적 셀(120)내에, 예컨대, 합성 고무 세척기를 사용하여, 단지 일부분의 웨이퍼(110) 표면만이 HF 용액(150)에 노출되도록 둘 수 있다(미국 특허 제6,322,895호). 다른 경우에, 웨이퍼(110)는 정전류원(130)의 양극에 전기적으로 연결되어, 전기화학적 셀(120)의 양극(110)을 형성할 수 있다. 백금 전극은 셀(120)에 대한 음극(140)을 제공할 수 있다. 웨이퍼(110)는 선택된 다공도에 따라 5 내지 250 밀리암페어/cm 사이의 아노다이징 전류 밀도를 사용하여, 암실에서 5초 내지 30초 동안 에칭될 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 약 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90%의 다공도가 선택될 수 있다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 다공성 실리콘(110, 210)을 형성하기 위해 요구되는 아노다이징 전류 밀도는 기재(110)가 약간 또는 많이 p-도핑 또는 n-도핑되었는지의 여부와 같은, 사용된 실리콘 기재(110)의 유형에 일부 의존할 수 있다.
본 발명의 다른 선택적 구체예에서, 나노결정 다공성 실리콘 기재(110, 210)는 다양한 검출기, 센서, 전극, 기타 전기적 성분들, 기계적 작동기 등을 포함하는 MEMS 장치로 통합될 수 있다. 어떠한 구체예에서, 이러한 제조 과정은 다공성 실리콘 기재(110, 210)의 형성 이전 및/또는 이후, 및/또는 라만 민감성 금속으로의 코팅 이전 및/또는 이후에 일어날 수 있다.
금속 코팅
다공성 실리콘(110, 210)은 공지된 기술을 사용하여 음극 전기이동에 의해 금속으로 코팅될 수 있다(Lopez & Fauchet, 2000). 본 실시예의 목적을 위해, 금이나 백금과 같은 다른 금속들이 사용될 수 있음에도, 은을 금속 코팅에 사용한다. 다공성 실리콘 표면(110, 210)은 세척되고, Lopez & Fauchet에 따른 전기이동에 의해 은으로 도핑된다(Appl. Phys. Lett. 75: 3989, 1999). 당업자라면 다공성 실리콘 기재(110, 210) 상에 얇은 금속 코팅을 형성하기 위한 공지된 어떠한 기술들이 본 발명의 다양한 구체예에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
실시예 2: 분석물의 라만 검출
상기 공개된 바와 같이 형성된 라만 활성 금속-코팅된 기재(240, 340)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 분석물의 라만 검출, 확인 및/또는 정량화를 위해 장치(300)로 통합될 수 있다. 기재(240, 340)는 예컨대, 유입부(320)과 유출부(350) 채널에 연결된 플로우 트루 셀(flow through cell)(330)에 통합될 수 있다. 유입부 채널(320)은 샘플 주입기(310) 및/또는 반응 챔버(310)과 같은 하나 이상의 다른 장치(310)에 연결될 수 있다. 분석물은 플로우 트루 셀(330)로 들어가, 라만 활성 기재(340)를 관통하며, 여기서 분석물은 라만 검출 유닛(360)에 의해 검출될 수 있다. 검출 유닛(360)은 라만 검출기(380)와 레이저(370)와 같은 광원(370)을 포함할 수 있다. 레이저(370)는 여기 빔(390)을 방출하여, 분석물을 활성화 시키고 라만 시그날의 방출을 초래할 수 있다. 라만 시그날은 검출기(380)에 의해 검출된다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 검출기(380)는 샘플내 존재하는 분석물의 데이타를 프로세싱, 분석, 저장 및/또는 전송할 수 있는 컴퓨터(395)에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
본 발명의 대표적 구체예에서, 여기 빔(390)은 거의 적외선 파장(750-950 nm)에서 티타늄:사파이어 레이저(370)(Tsunami, Spectra-Physics)에 의해, 또는 785 nm 또는 830 nm에서 갈륨 알루미늄 비화물 다이오드 레이저(370)(PI-ECL 시리즈, Process Instruments)에 의해 발생된다. 펄스된 레이저 빔(390) 또는 연속 빔(390)이 사용될 수 있다. 여기 빔(390)은 이색성 거울(홀로그래픽 노치 필터(Kaiser Optical) 또는 간섭 필터(Chroma 또는 Omega Optical))에 의해 회수된 빔을 갖는 동일 선상의 기하학으로 반사된다. 반사된 빔(390)은 현미경 대물렌즈(Nikon LU 시리즈)를 관통하여, 표적 분석물이 위치하는 라만 활성 기재(240, 340)로 포커싱된다. 분석물 유래의 라만 산란된 빛은 동일한 현미경 대물렌즈에 의해 수집되며, 이색성 거울에서 라만 검출기(380)로 통과한다. 라만 검출기(380)는 포커싱 렌즈, 분광기 및 어레이 검출기를 포함한다. 포커싱 렌즈는 라만 산란된 빛을 분광기의 입구 슬릿을 통해 포커싱한다. 분광기(RoperScientific)는 이의 파장에 따라 빛을 분산하는 회절격자를 포함한다. 분산된 빛은 어레이 검출기 상에 이미징된다(후방-방사된 딥-고갈 CCD 카메라, RoperScientific). 어레이 검출기는 조절기 회로에 연결되며, 조절기 회로는 데이타 전송 및 검출기(380) 기능의 조절을 위한 컴퓨터(160, 395)에 연결된다.
본 발명의 다양한 구체예에서, 검출 유닛(360)은 고감도로 광범위한 분석물을 검출, 확인 및/또는 정량화할 수 있으며, 단일 분자의 경우에는 분석 및/또는 확인이 가능하다. 본 발명의 어떠한 구체예에서, 분석물은 라만 표지되거나 라만 표지되지 않을 수 있는 단일 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 하나 이상의 올리고뉴클레오티드 프로브는 구별 가능한 라만 표지로 표지되거나 표지되지 않을 수 있으며, 샘플내 표적 핵산에 하이브리드화될 수 있다. 표적 핵산의 존재는 상보적인 올리고뉴클레오티드 프로브와의 하이브리드화 및 도 3의 장치(300)를 사용한 라만 검출로 나타낼 수 있다. 선택적으로, 흥미있는 아미노산, 펩티드 및/또는 단백질은 공개된 방법 및 장치(300)를 사용하여 검출 및/또는 확인될 수 있다. 당업자는 방법 및 장치(300)가 검출, 확인 및/또는 정량화 될 수 있는 분석물의 유형에 따라 제한되는 것이 아니라, 표지 여부와 관계없이, 라만 검출에 의해 분석될 수 있는 어떠한 분석물이 청구하고자 하는 바의 범위 이내에서 분석될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 어떠한 구체예에서, 하나 이상의 "캡쳐" 분자는 라만 활성 기재(240, 340)에 공유적 또는 비공유적으로 부착되어, 분석물의 라만 검출에 대한 감도 및/또는 특이성을 증강시킬 수 있다. 예컨대, 선택된 표적 핵산에 특이적인 올리고뉴클레오티드 프로브는 공지된 기술에 의해 기재(240, 340)의 금속 표면에 부착딜 수 있다(예, 올리고뉴클레오티드는 금 코팅된 기재(240, 340)에 결합할 수 있는 설프히드릴 부분을 함유하도록 공유적으로 변형될 수 있다). 선택적으로, 표적 단백질, 펩티드 또는 기타 화합물에 특이적인 항체는 기재(240, 340)에 부착될 수 있다. 표적 분석물의 존재는 상보적 핵산 서열에 대한 하이브리드화가 가능한 조건하에서, 기재(240, 340)에 부착된 올리고뉴클레오티드를 샘플에 노출시키고, 그 이후 세척하고, 결합된 분석물을 검출함으로써 검출될 수 있다. 본 발명의 선택적 구체예에서, 샘플내 하나 이상의 분석물은 라만 활성 기재(240, 340)에 노출하기 이전에, 결합된 분석물의 검출을 용이하게 하기 위해서, 구별 가능한 라만 표지로 표지될 수 있다. 유사한 방법들이 항체-항원 쌍, 리간드-수용체 쌍, 또는 서로와 선택적 및/또는 특이적 결합을 나타내는 기타 공지된 한 쌍의 분석물에 대해 사용될 수 있다. 기재(240, 340)를 결합된 분석물 및/또는 캡쳐 분자를 제거하기 위한 다양한 시약들로 처리하여, 예컨대, 산, 물, 유기 용매 또는 세정제로 세척, 화학적 처리 및/또는 엑소뉴클라제 및/또는 프로타제와 같은 분해 효소로 처리하여 재순환 및 재사용될 수 있다.
본 명세서에 공개 및 청구된 모든 방법 및 장치는 본 명세서 내용에서 과도한 실험없이 제조 및 사용될 수 있다. 청구하고자 하는 바의 개념, 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에 서술된 방법 및 장치에 대해 다양한 변형들이 가해질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 더욱 상세하게, 동일하거나 유사한 결과를 얻을 수 있는 것이라면, 화학적 및 물리적으로 관련된 어떠한 시약들이 본 명세서에 서술된 시약들을 대체할 수 있음은 명백할 것이다. 모든 이러한 유사한 대체 및 변형은 청구하고자 하는 바의 개념, 기술 사상 및 범위 이내라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
Claims (30)
- a) 금속-코팅된, 다공성 기재를 제공하는 단계; b) 상기 기재를 하나 이상의 분석물을 포함하는 샘플에 노출하는 단계; 및 c) 레이저 여기 및 분광법을 사용하여 하나 이상의 분석물을 검출 및/또는 확인하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 기재가 다공성 반도체 기재인 것인 방법.
- 제2항에 있어서, 기재가 나노결정 실리콘, 단일 결정 실리콘, 폴리결정 실리콘, 무정형 실리콘 및 레이저 어닐링된 실리콘으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 금속 나노입자가 금속-코팅된 다공성 기재에 첨가되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 금속 코팅이 은, 금, 백금, 구리 및/또는 알루미늄을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 분광법이 라만 분광법인 것인 방법.
- 제6항에 있어서, 라만 분광법이 표면 증강된 라만 분광법(SERS), 표면 증강된 공명 라만 분광법(SERRS), 하이퍼-라만 및/또는 간섭성 항-스토크 라만 분광법(CARS)인 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 분석물이 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드, 단백질, 당단백질, 지단백질, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고당, 다당류, 지방산, 지질, 호르몬, 대사물질, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경 전달 물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사물질, 보조 인자, 저해제, 약물, 약제, 영양소, 프리온, 독소, 독, 폭약, 살충제, 화학적 교전제, 생물위험제, 박테리아, 바이러스, 방사선 동위원소, 비타민, 헤테로시클 방향족 화합물, 카르시노겐, 뮤타겐, 마약, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 및 오염물로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
- 제8항에 있어서, 분석물이 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질인 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 분석물이 하나 이상의 라만 표지로 표지되는 것인 방법.
- 제10항에 있어서, 각각의 분석물이 구별 가능한 라만 표지로 표지되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 캡쳐 분자가 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재에 부착되는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 캡쳐 분자가 올리고뉴클레오티드, 핵산, 항체, 항체 단편, 항원, 에피토프, 렉틴, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 수용체 단백질, 리간드, 호르몬, 비타민, 대사물질, 기질, 저해제, 보조 인자, 약제, 아프타머, 사이토카인 및 신경 전달 물질로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
- a) 금속-코팅된, 나노결정 다공성 실리콘 기재; b) 레이저; 및 c) 라만 검출기를 포함하는 장치.
- 제14항에 있어서, 다공성 실리콘이 희생층(sacrificial layer)으로 사용되는 것인 장치.
- 제15항에 있어서, 희생층이 금속으로 대체되는 것인 장치.
- 제14항에 있어서, 금속 나노입자를 추가로 포함하는 장치.
- 제14항에 있어서, 금속이 은, 금, 백금, 구리 및/또는 알루미늄을 포함하는 것인 장치.
- 제14항에 있어서, 라만 검출기에 작동 가능하게 연결된 컴퓨터를 추가로 포함하는 장치.
- 제14항에 있어서, 라만 검출기에 작동 가능하게 연결된 플로우 트루 셀(flow through cell)을 추가로 포함하는 장치로서, 흐름이 상기 플로우 트루 셀 내부의 금속-코팅된, 나노결정 다공성 실리콘 기재를 관통하는 것인 장치.
- 제14항에 있어서, 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재가 마이크로-전기-기계적 시스템(MEMS)으로 통합되는 것인 장치.
- 제21항에 있어서, 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재가 집적된 칩(integrated chip)의 일부로 구성되는 것인 장치.
- 제21항에 있어서, 금속-코팅된 다공성 실리콘 기재가 웨이퍼에서 제거되어 MEMS에 통합되는 것인 장치.
- 금속-코팅된 나노결정 다공성 실리콘 층을 포함하는 웨이퍼.
- 제24항에 있어서, 금속 코팅이 은, 금, 백금, 구리 및/또는 알루미늄을 포함하는 것인 웨이퍼.
- 제24항에 있어서, 다공성 실리콘이 실리콘, 실리콘 옥시드, 실리콘 디옥시드 및/또는 실리콘 니트리드를 포함하는 것인 웨이퍼.
- 제24항에 있어서, 다공성 실리콘이 금속으로 코팅되기 이전에 실리콘 디옥시드로 산화되는 것인 웨이퍼.
- a) 금속-코팅된, 고 표면적 물질을 제공하는 단계; b) 상기 물질을 하나 이상의 분석물을 포함하는 샘플에 노출하는 단계; 및 c) 레이저 여기 및 분광법을 사용하여 하나 이상의 분석물을 검출 및/또는 확인하는 단계를 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서, 고 표면적 물질이 다공성 실리콘인 것인 방법.
- 제28항에 있어서, 분광법이 라만 분광법인 것인 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2004-7020155A KR20050016541A (ko) | 2002-06-12 | 2003-05-16 | 활성 표면 증강된 라만 분광법(ｓｅｒｓ)의 기재로서 금속코팅된 나노결정 실리콘 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/171,357 | 2002-06-12 | ||
| KR10-2004-7020155A KR20050016541A (ko) | 2002-06-12 | 2003-05-16 | 활성 표면 증강된 라만 분광법(ｓｅｒｓ)의 기재로서 금속코팅된 나노결정 실리콘 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050016541A true KR20050016541A (ko) | 2005-02-21 |
Family
ID=41783470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2004-7020155A KR20050016541A (ko) | 2002-06-12 | 2003-05-16 | 활성 표면 증강된 라만 분광법(ｓｅｒｓ)의 기재로서 금속코팅된 나노결정 실리콘 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050016541A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190022375A (ko) * | 2017-08-22 | 2019-03-06 | 서강대학교산학협력단 | 병원체의 효과적 농축 및 초고속 표면증강라만산란 검출이 통합된 장치 및 방법 |
-
2003
- 2003-05-16 KR KR10-2004-7020155A patent/KR20050016541A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190022375A (ko) * | 2017-08-22 | 2019-03-06 | 서강대학교산학협력단 | 병원체의 효과적 농축 및 초고속 표면증강라만산란 검출이 통합된 장치 및 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100990580B1 (ko) | 활성 표면 증강 라만 분광법(ｓｅｒｓ) 기판으로서의 금속코팅 나노결정질 규소 | |
| JP6029614B2 (ja) | 活性表面増強ラマン分光分析（ｓｅｒｓ）の基体としての金属被覆ナノ結晶シリコン | |
| US6989897B2 (en) | Metal coated nanocrystalline silicon as an active surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrate | |
| US7400395B2 (en) | Metal coated nanocrystalline silicon as an active surface enhanced raman spectroscopy (SERS) substrate | |
| US7659977B2 (en) | Apparatus and method for imaging with surface enhanced coherent anti-stokes raman scattering (SECARS) | |
| US20050084980A1 (en) | Method and device for detecting a small number of molecules using surface-enhanced coherant anti-stokes raman spectroscopy | |
| US20090148675A1 (en) | Micelle-controlled nanoparticle synthesis for sers | |
| EP1730532A2 (en) | Method to detect molecular binding by surface-enhanced raman spectroscopy | |
| JP2007509322A (ja) | 表面増感コヒーレント反ストークスラマン分光を用いた少数の分子を検出する方法および装置 | |
| KR20050016541A (ko) | 활성 표면 증강된 라만 분광법(ｓｅｒｓ)의 기재로서 금속코팅된 나노결정 실리콘 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITB | Written withdrawal of application |