TW201245677A - Apparatus for use in sensing applications - Google Patents

Description

201245677 六、發明說明： I：發明所屬技術領域3 交互參照相關申請案 本申請包含建檔於2010年4月20日之PCT專利申請序 號第PCT/US/2010/031790號案、以及建檔於2011年2月17日 之美國專利申請序號第13/029915號案的一些共同論題，其 整體揭示將配合此處作為參考。 發明領域 本發明係有關於用於感測應用之裝置。 C先前技冬好3 發明背景 對於未知物質的檢測以及辨識或至少分類是長久以來 非常受關注並且近年來甚至更具重要性。在先進方法中對 於精確檢測與辨識保持希望者，是那些各種形式之光譜 儀，特別是採用拉曼(Raman)散射技術者。光譜儀可被使用 以使用藉由電磁輻射形式(例如，可見光）照射材料時所產生 的吸收光譜與放射光譜之一者或兩者而分析、描述特徵並 且甚至辨識一物質或材料。藉由照射材料被產生之吸收以 及放射光谱決疋材料之光譜“指紋”。一般，光譜指紋是特 定材料或其構成元素之有助於材料辨識的特性。在光放射 光譜技術中最有效能的是以拉曼散射技術為基礎。 拉曼散射光學光譜儀採用放射光譜或其光譜成分，該 光譜或光譜成分係藉由被照射材料之内部結構的光子無彈 性散射被產生。被包含在反應信號(例如，拉曼信號）中的這 201245677 些光譜成分可有助於決定包含分析物辨識之一分析物種的 材料特性。 遺憾地’於比較來自一分析物種之彈性或瑞利 (Rayleigh)散射的許多實例中，利用拉曼散射技術被產生的 信號是非常微弱的。但是，拉曼信號位準或強度可顯著地 藉由使用拉曼活性物質（例如，拉曼活性表面）被增強。例 如，藉由在結構金屬表面之幾個奈米上或在其内所吸附的 化合物（或離子)產生的拉曼散射光，可以是比藉由在液相中 或氣相中之相同化合物所產生的拉曼散射光較大1〇3至1〇12 倍。這分析一化合物之程序被稱為表面增強拉曼光譜儀 (“SERS”）。近年來，SERS已出現作為供研究分子結構以及 描述介面與薄膜系統之慣常程序以及強效工具，並且甚至 使單分子檢測成為可行。 多數SERS系統僅在某些熱點增強電磁場。雖然這可能 是非常需要的，於許多情況中，分析物均勻地被散佈在 SERS基片上，例如，藉由簡單的吸附作用。但是，僅小部 份的分析物實際上移駐入熱點。此外，習見的3^^系統採 用拉曼活性物質之週期性陣列，其可能導致格柵效應，以 至於某些角度的光傳輸時常產生最佳信號發射性能，而其 他角度則時常產生不良信號發射性能。

【考务明内J 依據本發明之-實施例，係特地提出一種供使用於感 測應用之裝置，該裝置包括：—基片；以及以—非週期性 組態配置於該基片上之複數個群集，其中該等複數個群集 4 201245677 之各群集是由複數個拉曼活性（Raman-active)物質奈米粒 子所形成，並且其中該等拉曼活性物質奈米粒子之各者以 彼此相關之實質上有序組態被置放在該等分別之複數個群 集的各者中。 圖式簡單說明 本揭示特點藉由範例被闡明並且不受限定於下面圖 形，於圖形中相同號碼指示相同元件，於其中： 第1A圖展示依據本揭示之一範例，供使用於感測應用 之裝置的等角視圖； 第1B圖展示展示依據本揭示之一範例，沿著在第1A圖 裝置中A-A線的截面圖； 第1C以及1D圖分別地展示依據本揭示範例，於第1A以 及1B圖中展示之裝置的頂視圖； 第2A以及2B圖分別地展示依據本揭示範例，供使用於 感測應用之裝置的方塊圖； 第3以及4圖分別地展示依據本揭示範例，用以製造感 測裝置之方法的流程圖；以及 第5圖展示依據本揭示之一範例，實作或執行第3以及4 圖中展示之方法的計算裝置之分解表示圖。 L實施方式3 詳細說明 為簡化以及展示目的，本揭示藉由主要地參看其範例 被說明。於下面的說明中，許多特定細節先前被設定以便 提供本揭示之全面了解。但明顯地，本揭示可被實施，而 201245677 不又限疋於這些細節。於其他實例中，一些方法以及結構 並不詳細地被說明，以免不必要地混淆本揭示。 於本揭示全文巾，名詞以及“―個”是欲表示特定 元件之至ν者。如此處之使用，名詞“包含，，意謂著包含 但是不受限定，名詞“包含著’，意謂著包含但是不受限定。 名詞“依據”意謂著以至少部分地依據。此外，名詞“光，，係 關於具有電磁頻譜之可見以及非可見部份中波長的電磁輕 射’包含電賴譜之紅外線以及極紫外線部份。 此處揭示的是供使用於感測應用之裝置以及用以製造 :感測裝置之方法。該裝置包含以非週期性組態被配置在 一基片上之魏個群集4等群集各由複數個拉曼活性物 聚集物所形成，於其中該等奈米粒子聚集物以 U目之實質上有序組態被置放在各別的複數個群集之 2者中。依據-特定範例，該等群集之各者包含5個 並且該等聚集物以五聚體組態被配置。此 形成在奈米指狀物頂部上，該等奈米指狀 物㈣成為1定組態並且其尖端彼此緊密接觸。 ==此提供可將拉曼活性物質奈米粒子群集 、表面，以形成各群集中所需的聚集物樣型。 經由此處揭示之裝置以及方法的實作例中 螢光、增強照度等算 用於杧強 …“點，可產生在各種型式之 =該等^不遭受具有活性材料之週期性 格柵效應。就此而論，此〜C: 6 201245677 能的角度依賴信號發射性能。此外，該群集分佈之一致性 可能在裝置上分析物被觀察之任何方位上潛在性地被增 加。 第1A圖展示依據—範例供用於感測應用的裝置⑽之 等角視圖。應了解，第1A圖展示之裝置1〇〇可包含其他構件 並且此處㈣之-些構件可被移除及/或郷改而不脫離 裝置100之範同時也應了解，第1A圖展示之構件不必定 得依尺度繪製，並且因此，該等構件可在其之展示外彼此 具有不同的相對尺度。 裝置100是可操作地被使用於感測應用中，例如，以藉 由相對南之敏感性位準而檢測分析物取樣中之分子。依據 各種範例，裝置100可被採用於表面增強拉曼光譜儀 (SERS)、增強螢光、增強照度等等之應用型式中。 裝置100被展示為包含支撐複數個奈米指狀物104之基 片102。基片102通常包括任何合理之適當材料以支撐奈米 指狀物104，例如，玻璃、塑勝、聚合物、金屬等等。奈米 指狀物104可經由任何適當的附著機構被附著至基片1〇2表 面。例如，奈米指狀物可經由各種適當的奈米組織成長 技術之使用而直接地被成長在光學基片102表面上。如另一 範例，奈米指狀物可與基片102整體地被形成。於這範 例中，例如，基片102被製造的一材料部份可被蝕刻或以不 同方法被處理以形成奈米指狀物104。於進一步的範例中， 一材料分隔層可被黏附至基片102表面並且該材料分隔層 可被蝕刻或以不同方法被處理以形成奈米指狀物104。 201245677 奈米指狀物104是由具有相當彈性之材料所形成以使 奈米指狀物104可側向地曲折，例如，以使奈米指狀物104 自由末端能而朝向彼此移動，如此後更詳細之討論。用於 奈米指狀物104之適當材料範例包含聚合物材料，例如，聚 二甲基矽氧烷(PDMS)彈性體、聚亞胺、聚乙烯、聚丙烯等 等或其任何組合、金屬材料(例如，金、銀、鋁等等）、半導 體材料等等以及其組合。於各種範例中，奈米指狀物104可 經由奈米壓印術或凸起處理被製造，於其中相對堅硬的柱 狀物之一型板被採用以在聚合物基板上藉由多步驟壓印處 理而形成奈米指狀物104。各種其他處理，例如，蝕刻，以 及被使用於微機電系統(MEMS)以及奈米機電系統(NEMS) 製造中的各種技術也可被使用以製造奈米指狀物104。 奈米指狀物104可被形成如一延伸的、奈米尺度結構， 其具有超出在垂直於長度(例如，長度>3x寬度）之平面中被 採取的奈米尺度橫截面尺度（例如，寬度）許多倍之長度（或 高度）。一般，該長度是較大於寬度或橫截面尺度以便利於 奈米指狀物104側向彎曲至一個或多個鄰近的奈米指狀物 104上。於一些範例中，長度超出截面尺度（或寬度）大約5 或10倍之因數。例如，寬度可以是大約1⑻奈米（nm)並且高 度可以是大約500nm。於另一範例中’在奈米指狀物104基 部之寬度範圍可以是在大約2〇1111[1以及大約300nm之間，並 且長度可以是大約地多於1微米（Km)。於其他範例中’奈米 指狀物104依據被使用以形成奈米指狀物1〇4之材料型式被 定尺度。因此，例如’被使用以形成奈米指狀物104之材料 8 201245677 愈堅硬，則可使奈米指狀物104能側向可傾倒的奈米指狀物 104寬度愈小。於進一步的範例中，奈米指狀物104可形成 脊部，於其中三個維度之二者（例如’長度以及高度)超出奈 米尺度橫截面尺度(例如，寬度）許多倍。依據特定範例，去 米指狀物104高度可以是大約在50nm至2μηι範圍並且它們 的直徑可以是大約在10nm至1 μιη範圍。此外，奈米指狀物 104可等效地作為奈米杆或奈米柱狀物之參考而不脫離带 置100之範疇。 如於第1Α圖之展不’奈米指狀物1 〇4以各別的族群或群 集106被配置在基片1〇2上。群集106也在此處被使用以定義 拉曼活性物質奈米粒子108。如此後更詳細之討論，奈米指 狀物104可以實質上有序組態被配置在各群集1〇6内。但 是，群集106以非週期性組態被配置在基片1〇2上。換言之， 群集106被配置以至於在X以及y維度中無週期性。對於群集 106之適當的非週期性組態範例是潘洛斯(penj*ose)組態。 於任何方面，以及如此後更詳細之討論，於群集1〇6中 各者之奈米指狀物104彼此相關地被配置，以至於當奈米指 狀物104是在彎曲情況時，至少二個鄰近奈米指狀物1〇4的 自由末端可彼此相向地接觸。藉由特定範例，相鄰的奈米 才曰狀物104被置放而彼此分離大約較小於1〇〇奈米。群集1〇6 之各者已被展示如包含5個奈米指狀物104 ’於其中群集1〇6 具有五重對稱性或一準結晶樣型。但是，應了解，群集川6 之各者可包含以對稱的或非對稱被配置較少或較多數目奈 米指狀物104並且不同群集1〇6可包含不同數目的奈米指狀 201245677 物104而不脫離裝置100之範疇。 奈米指狀物104已於第1A圖中被展示如具有實質上圓 柱形截面。但是，應了解，奈米指狀物104可具有其他形狀 之截面，例如’矩形、正方形、三角形、等等。此外’或 另外地，奈米指狀物104可被形成而具有一個或多個特點， 例如，凹口、凸起等等，以實質上導致奈米指狀物104傾向 於特定方向彎曲。因此，例如，二個或更多個相鄰奈米指 狀物10 4可包含一個或多個特點以增加這些奈米指狀物10 4 自由末端彼此相向地彎曲之可能性。 奈米指狀物104尖端也被展示如包含拉曼活性物質奈 米粒子1〇8。有關拉曼活性物質奈米粒子1〇8範例將參看第 1B圖更詳細地被討論’其展示依據一範例，沿著第1A圖中 所展示裝置100之線A-A的截面圖。此外，奈米指狀物104 之一自由末端被放大於放大圖120中，其顯示拉曼活性物質 奈米粒子108可以是由微小物或微小物群集11〇之聚集物所 形成。此外’雖然拉曼活性物質奈米粒子108已被展示如具 有一粗糙表面’拉曼活性物質奈米粒子1〇8可包括一連續的 拉曼活性物質層並且可具有一相對平順的表面。此外，除 了第1B圖中展示的那些之外’拉曼活性物質奈米粒子108 可具有各種其他的形狀。例如，拉曼活性物質奈米粒子1〇8 可具有圓的邊緣，延伸越過奈米指狀物104之外方周圍，等 等。 依據一範例，拉曼活性物質奈米粒子108包括金屬，例 如，金、銀 '銅、鉑、鋁等等，或這些金屬以合金形式之 10 201245677 組合’或是可支援用於拉曼散射場域增強之表面電漿的其 他適當材料。此外，拉曼活性物質奈米粒子108可以是多層 結構，例如’具有1至50nm塗金層之1〇至l〇〇nm銀層，或反 之亦然。此外，或另外地’拉曼活性物質奈米粒子可進 一步以一薄介電質層，或機能性塗層，例如，ALD-成長石夕 氧化物或鋁氧化物、鈦元素氧化物等等被塗層。藉由此處 之疋義’一拉曼活性物質是支援表面電聚之材料，並且便 利於來自拉曼光譜儀期間於材料表面層上或接近處所吸附 之分析物的拉曼散射。 其他奈米指狀物104也可包含拉曼活性物質奈米粒子 108，如利用奈米指狀物1〇4頂部或自由末端上之暗色矩形 所表示者。雖然放大圖120展示如覆蓋奈米指狀物1〇4整個 尖端之微小物或微小物群集110的聚集物，應了解，裝置1〇〇 範例可被實作而在一些微小物或微小物群集1 1 〇之間有間 隔。同時也應注意到，裝置100之範例是不受限定於正好配 置在奈米尺度突出物104尖端上之微小物或微小物群集 110。於其他範例中，微小物或微小物群集〖丨〇可配置在奈 米指狀物104之部份或幾乎整個表面之上。於任何論點中， 微小物或微小物群集11〇,例如，可經由金屬材料之物理氣 相沈澱(PVD)、化學氣相沈澱(CVD)、濺射等等或預合成 奈米粒子之自我聚合而被沈積在至少奈米指狀物104之自 由末端上。藉由範例，微小物或微小物群集11〇被沈積在奈 米指狀物104自由第二末端上之角度可被控制，因而實質上 控制微小物或微小物群集11〇之沈積。 11 201245677 於一些範例中，奈米指狀物104及/或拉曼活性物質奈 米粒子108之表面可被功能化以便利分析物之吸附。例如， 其鄰近處（沒被展示）之奈米指狀物104之尖端或自由末端可 被功能化而具有黏合族群以便利黏合特定目標之分析物 種。功能化表面（亦即’奈米指狀物104它本身及/或拉曼活 性物質奈米粒子108之表面可提供一特定類別之分析物被 吸引並且可結合或優先地吸附之一表面。功能化表面可選 擇性地，例如，與蛋白質、DNA或RNA結合。 雖然奈米指狀物104已於第1A-1B圖中被展示如各彼此 相關地垂直延伸並且具相同高度，應了解，一些或所有的 奈米指狀物104可以彼此相關之各種角度以及高度延伸。在 奈米指狀物104間之角度及/或高度差異可取決於，例如， 因製造引起之差異或存在於奈米指狀物104製造中之成長 變異以及奈米指狀物1〇4上之奈米粒子11〇的沈澱等等。 雖然未在圖形中被展示，奈米指狀物1〇4可初始地是在 一第一位置中’於其中它們的自由末端是彼此相關之實質 隔開之配置。在自由末端間之間隔可以是充分大的尺度以 使一液體能夠被供應在該等間隔中。此外，該等間隔可以 是充分小的尺度以使群集1〇6之各者中奈米指狀物1〇4之自 由末端當液體蒸發時能夠彼此相向地移動 ，例如，於液體 變乾時經由被應用在自由末端上之毛細管作用力。依據一 範例’將使用裝置1〇〇被測試之一分析物被包含在液體中， 因此使來自分析物之分子能夠被套取於尖端（及/或拉曼活 性物質奈米粒子1〇8)之間。其他非限制性之範例，例如’ 12 201245677 e-束、離子束、磁性、機械力、熱效應、或電荷效應，也 可被採用以導致奈米指狀物104末端彼此相向地移動。此 外，群集106之各者中奈米指狀物1〇4之尖端，及/或拉曼活 性物質奈米粒子108 ’可彼此接觸並且經由在那些元素間之 凡得瓦(van der Waals)互動而保持彼此之接觸。 接著轉向第1C圖，其展示依據一範例之裝置1〇〇之頂視 圖。第1C圖之展示是拉曼活性物質奈米粒子1〇8之群集1〇6 的二個非週期性配置130以及132。雖然未被展示，支撐拉 曼活性物質奈米粒子1 〇 8之奈米指狀物1 〇 4也可被包含在裝 置100中。另外地，各個圓可僅代表已自它們各別的奈米指 狀物10 4尖端被移除之一拉曼活性物質奈米粒子丨〇 8。 如利用非週期性配置130以及132之展示，群集1〇6可以 彼此相關之各種組態被配置’以至於在X以及y維度中無週 期性。換言之’如果群集1〇6之樣型在X或y方向中被移位， 被移位之樣型可能不重合於原始樣型。群集1〇6也可以被配 置為實質上使群集106在基片102上的涵蓋範圍最大化之相 對更複雜的非週期性配置而不必形成週期性組態。群集i 〇 6 之相對更複雜的非週期性配置13 4範例被展示在第丨D圖 中。但是，應了解，群集1〇6可以各種其他相對複雜之非週 期性配置而被配置。此外，應了解，群集1〇6可以實質上避 免該等複數個群集彼此重疊之預定非週期性組態而被配 置。 於第1D圖中，最小的五邊形150各代表拉曼活性物質奈 米粒子108之一群集106。最小的五邊形15〇之各者可代表第 13 201245677 1C圖展示的群集106之一者並且因此可包含以彼此相關之 五聚體組態被配置的五個拉曼活性物質奈米粒子108。較大 的五邊形152已在第1D圖被不出而展示以特定樣型被配置 之九個最小的五邊形150之一般性樣型。同樣地，最大的五 邊形154被示出而展示以特定樣型被配置之九個較大的五 邊形152之一般性樣型。這些樣型可被重複以涵蓋基片1〇2 上所需的空間數量。雖然未被展示，支撐拉曼活性物質奈 米粒子108之奈米指狀物104也可被包含在第id圖展示之裝 置100中。另外地，每個圓可僅代表已自它們各別的奈米指 狀物104尖端被移除之一拉曼活性物質奈米粒子1〇8。 接著參考至第2A以及2B圖，其分別地展示依據二個範 例而供使用於感測應用之裝置200、220的方塊圖。應了解， 裝置200、220可包含另外的構件並且此處說明的一些構件 可被移除及/或被修改而不脫離裝置200、220之範疇。同時 也應了解，裝置200、220展示之構件是不依尺度繪製並且 因此，除了如其中展示者之外，該等構件可具有彼此相關 之不同的相對尺度。 如於第2A圖之展示，裝置200包含第1A-1D圖展示之裝 置100、發光源202以及檢測器204。此外，相似於第1B圖展 示之圖形，奈米指狀物104被展示如在第二位置中，於其 中，群集106之各者中之奈米指狀物104自由末端是彼此接 觸。於第2B圖中，裝置220被展示如包含一不同於裝置1〇〇 的感測應用裝置230，但是包含發光源202以及檢測器204。 尤其是，第2B圖之裝置220被展示如包含可不同於第2A圖 14 201245677 展示之基片102的基片232。此外，於裝置230中，拉曼活性 物質奈米粒子108之群集106被展示如直接地被置放在基片 232上。拉曼活性物質奈米粒子1〇8之群集1〇6可因此經由多 種處理的任何一種而自奈米指狀物1〇4被移除。例如，群集 106可簡單地被被附帶至基片232並且自奈米指狀物104被 移除。於另一範例中，奈米指狀物104可被分解或以不同方 式被移除，而離開群集106,其接著可被置放在基片232上。 於進一步的範例中’群集106可經由使用流體喷射裝置被沈 積在基片232上。 於裝置200以及220兩者中，將被測試之分析物分子208 被展示如置放在拉曼活性物質奈米粒子1〇8上。另外的分析 物分子208被展示如出現在群集1〇6周圍。分析物分子208可 於奈米指狀物104尖端一起被取出之前或在尖端一起被取 出之後被引介至裝置100、230上。 發光源202被展示如放射電磁輻射，如利用箭號206被 表示’其可包括，例如’光。藉由範例，發光源202可包括 照射拉曼活性物質奈米粒子1 〇 8以及分析物分子208之雷 射。拉曼活性物質奈米粒子108之照射導致相對大的電場強 度之熱點發生。在拉曼活性物質奈米粒子108彼此接觸之位 置的熱點被增加。在拉曼活性物質奈米粒子108間之接觸位 置產生的電場通常提高拉曼光利用被置放在或接近該等接 觸位置之分析物分子208之散射率。拉曼散射光，其利用箭 號210被表示’以利用分析物分子208特定振動模式的特性 相關數量在頻率被移位。檢測器204是聚集拉曼散射光210 15 201245677 並且頻譜分析可在拉曼散射光210上進行以辨識分析物分 子208或檢測已被照射之分析物分子208。 被置於接近或相鄰於分析物分子208之拉曼活性物質 奈米粒子10 8可藉由聚集或以不同方式增強分析物分子2 0 8 鄰近之電磁場而提高來自分析物分子208之拉曼散射光210 產量。也如上面之討論，二個或更多個拉曼活性物質奈米 粒子108之彼此接觸可套取分析物分子208，其可實質上增 加將被置放在接近或接觸一些拉曼活性物質奈米粒子108 並且因此被置放在熱點内之分析物分子208的可能性。於這 論點中，分析物分子208將產生利用檢測器204被檢測之充 分地強的拉曼散射光210之可能性將因此也被增加。 雖然拉曼散射光210已被展示如朝檢測器204被導向， 拉曼散射光210是於複數個方向被放射。於這論點中，一些 拉曼散射光210可被導引進入基片1〇2、232,其可包括一光 波導。尤其是，例如，因分析物分子208耦合至波導模式之 消逝場之結果，拉曼散射光210可被產生於基片102、232 中。於這些實例中，檢測器204可被置放以檢測來自拉曼散 射光210於基片1〇2中產生之波。於任何方面中，檢測器204 可包含濾波器以過濾出來自發光源202之光，例如，透過使 用以格柵為基礎之單色或干擾濾波器。包括光學波導之基 片102、232的各種範例於專利申請第13/029915號案中被說 明。 檢測器204通常是將自分析物分子208被放射之拉曼散 射光210轉換成為電氣信號，該等電氣信號可被處理以辨 16 .201245677 識，例如’分析物分子208類型。於一些範例中，檢測器204 是將該等電氣信號輸出至被組態以處理該等電氣信號之其 他構件（未被展示）。於其他範例中，檢測器2〇4是具有處理 能力以辨識分析物分子208類型。 依據一範例，裝置200包括被整合在一單晶片上之系 統。例如，基片102、232之輸出可連接到一陣列波導格柵 (AWG濾波器）。基片1〇2、232也可直接地耦合至裝置200中 之光纖，照射光206可經由裝置200被供應並且拉曼散射光 210可經由裝置200被輸出。於這範例中，比較於將自由空 間信號耦合至光纖，裝置200可提供相對更小型之解法。另 外地’對於自由空間信號是實質上更複雜及/或昂貴實作之 相對大的感測區域，裝置200可有效地被實作。裝置200中 之基片102也可直接地耦合至光纖，於特別實例中，以形成 小型場感知器。於這實例中，發光源202，例如，一激勵雷 射’以及檢測器204，例如，頻譜分析設備，接著可被放在 遠處位置中。 接著轉至第3圖，其展示依據一範例用以製造感測裝置 之方法300的流程圖。應了解，方法300可包含另外的處理 程序並且此處所說明之一些處理程序可被移除及/或被修 改而不脫離方法300之範疇。此外，雖然於實作方法300中， 此處特定參考至裝置100，應了解，方法300可透過使用不 同地被組態之裝置被實作而不脫離方法300之範疇。 於區塊302，複數個奈米指狀物104以預定配置被形成 在基片102上，於其中奈米指狀物104被配置在各別的有序 17 201245677 群集H)6中，並且於其中有序群_6以彼此相關之非週期 性組態被配置。依據-範例，一奈米壓印技術或_滾動式 處理可被實作以在基片102上形成奈米指狀物1〇4。於這範 例中，可經由晶圓製版技術或其他先進平版印刷術將一型 板形成所需的樣型而配置奈米指狀物1〇4成各別的有序群 集106並且配置群集106成為非週期性組態。尤其是例如， 所需的樣型可在一模型上被設計，如藉ώΕ_束平版印刷 術' 晶圓製版技術、雷射干擾平版印刷術、FIB(聚集離子 束）、球體自我聚合等等。此外，樣型可被轉移至矽、玻璃 或V合物基片（聚一曱基石夕氧院(PDMS)、聚亞胺、多碳酸鹽 等等）上》於其他範例中，奈米指狀物104可經由任何適當 製造處理程序之實作而以預定配置被形成。 在區塊304，拉曼活性物質奈米粒子108被形成在奈米 指狀物104尖端上，例如，藉由沈積拉曼活性物質之微小物 或微小物群集110。拉曼活性物質微小物或微小物群集u〇 可被沈積在奈米指狀物104尖端上，例如，透過拉曼活性物 質之物理氣相沈澱(PVD)、化學氣相沈澱(CVD)、濺射等 等，或預合成奈米粒子之自我聚合。 在區塊306，奈米指狀物1〇4尖端彼此接近。依據—範 例’群集106中各者之奈米指狀物104尖端被形成而在該等 尖端之間有充分小的間隙，以當被供應在那兒之液體蒸發 時’使該等尖端能夠彼此相向地移動，例如，經由當液體 變乾時被應用在尖端上之毛細管作用力。於各種實例中，. 毛細管作用力可能足以導致該等尖端、以及拉曼活性物質 18 201245677 奈米粒子10 8 ’接觸鄰近的尖端以及拉曼活性物質奈米粒子 108。 依據另一範例，拉曼活性物質奈米粒子1〇8可於群集 106中隨著尖端之後被形成在奈米指狀物】〇4尖端上。於這 範例中，區塊304以及306可彼此被倒反。 接著轉至第4圖，其展示依據另一範例用以製造感測裝 置之方法400的流程圖。應了解，方法4〇〇可包含另外的處 理程序並且此處說明之一些處理程序可被移除及/或被修 改而不脫離方法400之範嗜。此外，雖然於實作方法中， 此處特定參考至裝置4〇〇，應了解，方法4〇〇可透過使用不 同地被組態之裝置被實作而不脫離方法4〇〇之範疇。 在區塊402，拉曼活性物質奈米粒子1〇8之複數個群集 106被形成在複數個奈米指狀物1〇4尖端上。群集1〇6可如上 面關於方法300討論之方式被形成。依據一範例，群集1〇6 被形成而各具有5個拉曼活性物質奈米粒子1〇8，於其中該 等5個拉曼活性物質奈米粒子108以五聚體組態被配置。 在區塊404,拉曼活性物質奈米粒子1〇8之群集1〇6自奈 米指狀物104尖端被移除。群集1〇6可被移除或以任何多種 不同方式與奈米指狀物104分離。例如，群集1〇6可被黏附 至另一基片並且自尖端被拉除。如另一範例，奈米指狀物 104可透過使用適當的化學劑被分解。 在區塊406，群集106被釋放進入流體中。此外，在區 塊408，包含群集106之液體被供應進入流體喷射裂置（未被 展示），例如，一油墨喷射裝置。此外，在區塊41〇，包含 201245677 群集106之液體自流體喷射裝置被供應至另一基片232上。 依據一範例’流體喷射裝置是能夠供應包含各別的群集1〇6 之流體滴。於這範例中，流體噴射裝置可被採用以所需的 組態施加各別的群集106，例如，如於第1C以及1D圖之展 示。此外，群集106可被沈積在具有多種不同型式材料以及 不同尺度的基片上。 接著轉至第5圖’其展示依據一範例實作或執行方法 300、400之計算裝置500的分解表示圖。計算裝置500包含 處理器502，例如’中央處理單元；顯示裝置5〇4，例如， 監視器；奈米指狀物製造機器界面506 ;奈米粒子構成機器 界面508 ;流體處理機器界面510 ;網路界面512，例如，局 域性區域網路LAN、無線802.11x LAN、3G移動式WAN或 WiMax WAN ;以及電腦-可讀取媒體514。這些構件各可操 作地搞合至匯流排516。例如’匯流排516可以是EISA、PCI、 USB、FireWire、NuBus或PDS。 奈米指狀物製造機器可包括被實作以形成如有關區塊 302說明之奈米指狀物1〇4的機器。同樣地，奈米粒子構成 機器可包括被實作以形成拉曼活性物質奈米粒子丨〇 8至如 有關區塊304說明之奈米指狀物1〇4尖端上的機器。此外， 流體處理機器510可包括被實作以供應可被蒸發之流體至 奈米指狀物104上的機器，以導致群集1〇6各者中之奈米指 狀物104尖端彼此接近。 電月®可讀取媒體514可以是參與提供用於執行之指令 至處理器502的任何適當之非暫態媒體。例如，電腦可讀取 20 201245677 媒體5M可以是雜·媒體，齡，光戟磁碟；依電性 媒體’例如，記憶體；以及傳輸雜，例如，同轴電碑、 銅線以及光纖。 鳴' 電腦-可讀取媒體510也可儲存一操作系統518，例如， Mac OS、MS視窗、Unix、或Linux ;網路應用52〇 ;以及感 測裝置製造應用522。操作系統518可以是多個使用者、多 兀處理、多工處理、多線程、即時以及其類似者。操作系 統518也可進行基本工作，例如，確認來自輸入裝置(例如， 鍵盤或袖珍鍵盤）之輸入；傳送輸出至顯示器5〇4 ;保持電 腦可讀取媒體51〇上檔案以及目錄之追瞰；控制週邊裂置， 例如，碟片驅動、印表機、影像捕獲裝置；以及管理匯流 排516上之交通。網路應用52〇包含用以建立以及保持網路 連接之各種構件，例如，用以實作通訊協定（包含TCp/ip、 HTTP、以太、USB以及Fire Wire)之機器可讀取指令。 感測裝置製造應用522提供如上所述之製造感測裝置 中用以實作各種機器之各種軟體構件。於某些範例中，利 用感測裝置製造應用5 22被進行之一些或所有的處理程序 可被整合進入操作系統518中。於某呰範例中，處理程序可 至少部份地以數位電子電路、或以電腦硬體、機器可讀取 指令（包含韌體及/或軟體）或其任何組合被實作。 雖然經本揭示整體明確地說明，本揭示之代表性範例 具有廣泛應用範圍上之實用性，並j_上面之討論是不欲並 且不應被視為受限定，而是被提供作為揭示論點之闡明的 討論。 21 201245677 此處已被說明以及被展示者只是—範例與其一些變 化。此處使用之術語、說明以及圖形僅作為展示並且是不 意謂作為限制。許多變化是可能在主題之精神以及範田壽 内’其是有意藉由下面的申請專利範圍以及它們的等效# 破定義’於其中除非另外地被指示，否則所有的術語皆表 示它們最廣泛合理之意義。 【圖式簡單說^明】 第1A圖展示依據本揭示之一範例，供使用於感測應用 之裝置的等角視圖； 第1B圖展示展示依據本揭示之—範例，沿著在第丨八圖 裝置中A-A線的截面圖； 第1C以及1D圖分別地展示依據本揭示範例，於第丨八以 及1B圖中展示之裝置的頂視圖； 第2A以及2B圖分別地展示依據本揭示範例，供使用於 感測應用之裝置的方塊圖； 第3以及4圖分別地展示依據本揭示範例，用以製造感 測裝置之方法的流程圖；以及 第5圖展示依據本揭示之一範例，實作或執行第3以及4 圖中展示之方法的計算裝置之分解表示圖。 【主要元件符號說明】 100…感測應用裝置 102…基片 104…奈米指狀物 106…奈米指狀物群集 108…拉曼活性物質奈米粒子 120··.奈米指狀物自由末端放 大圖 130、132.··拉曼活性物質奈米 22 201245677 粒子群集非週期性配置 134…拉曼活性物質奈米粒子 群集更複雜之非週期性 配置 150、152、154…拉曼活性物質 奈米粒子群集之五邊形 200···感測應用裝置 202.··發光源 204…檢測器 206···放射電磁射線發光源 208···分析物分子 210…拉曼散射光 220···感測應用裝置 230···感測應用裝置 232…基片 300…感測裝置製造方法 302-306…感測裝置製造方法 流程步驟 400·.·感測裝置製造方法 402-410…感測裝置製造方法 流程步驟 500···計算裝置 502…處理器 504…顯示裝置 506···奈米指狀物製造機器界面 508···奈米粒子構成機器界面 510…流體處理機器界面 512···網路界面 514…電腦可讀取媒體 516···匯流排 518…操作系統 520…網路應用 522…感測裝置製造應用 23

Claims (1)

1. 201245677 七、申請專利範圍： 1. 一種供使用於感測應用之裝置，該裝置包括： 一基片；以及 以一非週期性組態配置於該基片上之複數個群 集，其中該等複數個群集之各群集是由複數個拉曼活性 (Raman-active)物質奈米粒子所形成，並且其中該等拉 曼活性物質奈米粒子之各者以彼此相關之實質上有序 組態被置放在分別之複數個群集的各者中。 2. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該等複數個群集 以實質上使該等複數個群集在該基片上涵蓋範圍最大 化之一預定非週期性組態被配置。 3. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該等複數個群集 以實質上避免使該等複數個群集彼此重疊之一預定非 週期性組態被配置。 4. 依據申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括： 被置放在該基片上之複數個奈米指狀物，其中該等 複數個奈米指狀物以實質上相同於該等複數個群集之 組態被配置並且於分別群集中之該等複數個奈米指狀 物的尖端彼此相向地傾倒，並且其中該等拉曼活性物質 奈米粒子之各者被置放在該等複數個奈米指狀物之一 者的尖端上。 5. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該等拉曼活性物 質奈米粒子在該等複數個群集之各群集中以彼此相關 之五聚體組態被配置。 24 201245677 6. 依據申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括： 一發光源，其照亮該等複數個群集；以及 一檢測器，其被置放以檢測自置放在接近該等複數 個群集之一分析物分子被放射的拉曼散射光。 7. 依據申請專利範圍第6項之裝置，其中該基片、該發光 源以及該檢測器被整合成為一單晶片。 8. —種用以製造如申請專利範圍第1項之感測裝置的方 法，該方法包括下列步驟： 以一預定配置在該基片上形成複數個奈米指狀 物，其中該預定配置包含該等複數個奈米指狀物配置成 複數個群集，並且其中該等複數個群集以一非週期性組 態配置在該基片上； 形成拉曼活性物質奈米粒子在該等奈米指狀物的 尖端上；並且 導致該等群集之各別一者中之該等複數個奈米指 狀物的尖端彼此接近，因而減低在該等群集各者中之該 等拉曼活性物質奈米粒子間的間隔。 9. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中形成該等複數個 奈米指狀物進一步包括下列步驟： 形成規定該等複數個奈米指狀物配置使成為有序 群集並且使該等群集成為非週期性組態之一型板； 轉移該型板至該基片；並且 實作一製造程序以形成該等複數個奈米指狀物在 該基片上所規定的位置。 25 201245677 10. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中導致該等群集之 各別一者中之該等複數個奈米指狀物的尖端彼此接近 之步驟進一步包括供應一液體進入該等複數個奈米指 狀物的尖端間之間隔中，並且其中該液體之蒸發導致該 等群集之各別一者中之該等複數個奈米指狀物的尖端 彼此接近。 11. 依據申請專利範圍第10項之方法，進一步包括： 引介將利用感測裝置被測試的一分析物進入該液 體中，以便當該等複數個奈米指狀物的尖端彼此接近 時，套取在該等拉曼活性物質奈米粒子之至少二者間的 分析物之分子。 12. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中以該預定配置在 該基片上形成該等複數個奈米指狀物之步驟進一步包 括形成該等複數個奈米指狀物成為各別的五聚體群集 以導致該等複數個群集之各群集中的該等拉曼活性物 質奈米粒子具有彼此相關的五聚體組態。 13. 依據申請專利範圍第12項之方法，其中導致該等群集之 各別一者中之該等複數個奈米指狀物的尖端彼此接近 之步驟進一步包括導致各別群集中之該等拉曼活性物 質奈米粒子彼此接觸並且成為彼此結合。 14. 依據申請專利範圍第13項之方法，進一步包括下列步 驟： 自該等複數個奈米指狀物的尖端移除該等結合的 拉曼活性物質奈米粒子，其中該等結合的拉曼活性物質 26 201245677 奈米粒子保持該等有序群集組態；並且 以該非週期性組態施加該等有序群集至另一基片 上以形成該感測裝置。 15.依據申請專利範圍第14項之方法，進一步包括下列步 驟： 釋出被移除之群集進入一流體中； 提供包含金屬奈米粒子群集之液體進入一流體喷 射設備中；並且 其中施加該等有序群集進一步包括以該非週期性 組態喷射該等有序群集至該另一基片上。 27