(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210664699.6 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 北京戴纳极光科技有限公司 地址 100044 北京市海淀区中关村东路6 6 号2号楼五层0 607 (72)发明人 迟海鹏　张京军　 (74)专利代理 机构 北京律谱知识产权代理有限 公司 11457 专利代理师 黄云铎 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/65(2006.01) (54)发明名称 一种功能性半导体SERS芯片及其应用 (57)摘要 本发明涉及表 面增强拉曼检测领域， 具体提 供了一种高灵敏度功能性半导体SERS芯片。 该 SERS芯片包括基底、 功能性半导体 阵列、 纳米增 强模块以及电源模块。 与现有技术相比， 本发明 通过功能性半导体在特定条件下局部导通的特 性和微电流使待测物质自动富集至探测区域， 应 用本发明芯片可提高对目标样品， 尤其是微生物 等可以荷电的样品的检测灵敏度， 降低单次检测 成本。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 114993953 A 2022.09.02 CN 114993953 A 1.一种功能性半导体SERS 芯片， 其特征在于， 所述SERS 芯片包括基底、 功能性半导体阵 列、 纳米增强模块以及电源 模块， 其中， 所述功能性半导体阵列排布于所述基底内部或上方， 具有在预定外加条件下局部电导 通的功能； 所述纳米增强模块设置 于所述功能性半导体阵列上 方并与其相连； 所述电源模块的两极分别与 所述功能性半导体阵列和所述纳米增强模块连接， 用于在 二者之间施加电压 。 2.根据权利要求1所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 所述功能性半 导体阵列为 光敏半导体阵列或者压敏半导体阵列。 3.根据权利要求2所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 所述基底由半 导体或绝 缘材料制成， 优选地， 所述基底由单晶硅或二氧化硅制成。 4.根据权利要求1所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 所述功能性半 导体阵列的每个半导体单元上下设置， 一端与所述纳米增强模块连接， 另一端与所述电源 模块的一极连接 。 5.根据权利要求1所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 所述功能性半 导体阵列为多个功能性半导体组成的线阵或面阵， 优选地， 所述功能性半导体阵列为光敏 二极管或压敏二极管组成的阵列。 6.根据权利要求1所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 所述纳米增强 模块为具有粗糙表面的纳米材料构成的拉曼增强模块， 优选的， 所述纳米增强模块为纳米 金或纳米银 材料。 7.根据权利要求1所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 所述纳米增强 模块为可单独替换模块， 所述电源 模块为参数可调制的直 流电源或交流电源 模块。 8.根据权利要求1所述的高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 其特征在于， 基于所述待测 样本携带电荷的正负确定所述多功能半导体模块与电源模块的正或负极连接关系， 若待测 样本携带负电荷则多功能半导体模块与电源模块的正极相连； 反之， 若待测样本携带正电 荷则所述多功能半导体模块与电源 模块的负极相连。 9.一种用于进行微生物检测的拉曼光谱仪， 其特征在于， 所述拉曼光谱仪包括光源以 及所述功能性半导体SERS芯片， 所述光源用于发出激发光并照射在所述功能性半导体S ERS 芯片的目标样品区域， 所述功能性半导体SERS芯片用于承载并富集目标样品， 所述探测 器 用于进行拉曼光谱检测， 优选地， 所述拉曼光谱仪具有功能性半导体激活装置， 所述功能性 半导体激活装置优选为探测区域按压装置或者拉曼激光器本身， 所述功能性半导体S ERS芯 片的激活方式与相应功能性半导体激活装置匹配。 10.一种权利要求1所述的功能性半导体SERS芯片的应用， 其特征在于， 所述功能性半 导体SERS芯片用于对 带电微生物进 行拉曼检测， 所述拉曼光谱仪具有功能性半导体激活装 置。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114993953 A 2一种功能性半导体SERS芯片及其应用 技术领域 [0001]本发明涉及光学检测领域， 特别涉及病毒、 细菌等微生物及人体呼出挥发性有机 物的表面增强拉曼检测领域。 背景技术 [0002]近年来， 光谱检测技术发展迅速， 是高灵敏度、 快速、 高效的成像检测手段， 其中表 面增强拉曼光谱SERS具有无 标记检测分子的指纹光谱， 可以实现单分子检测等优点。 [0003]然而， 物质的拉曼散射信号强度通常比较低， 使散射导致检测灵敏度不高， 即使通 过表面增强拉曼光谱SERS使其信号强度增强103‑104倍， 对于低浓度的痕量样品， 例如空气 中采集的样品来说， 拉曼检测信号强度依然很低， 甚至会无法探测到 。 [0004]目前， 进一 步增强表面增强拉曼光谱SERS的方式主 要有以下几种： [0005]首先是微流控芯片技术， 由于激光斑点能够直接聚焦在微流控芯片的微小通道 内， 所以检测灵敏度很高。 但是微流控芯片本身生产成本较高， 微小通道易被杂质堵塞， 重 复使用的清洗流 程复杂， 因而导 致整体检测成本 很高， 且其检测 局限于液体样本的检测。 [0006]其次是通过优化芯片的设计来增强表面增强拉曼光谱SE RS， 例如一种纳 米颗粒芯 片， 在其顶端形成纳米笼热点， 使待测物质更好地被限制在热点位置， 进而提高检测灵敏 度。 此类方法对增强拉曼光谱检测的增强有限， 且芯片生产工艺复杂， 成本高， 芯片重复使 用性较差， 很难应用于大规模检测中。 发明内容 [0007]本发明的目的是提供一种高灵敏度功能性半导体SERS芯片， 以实现高灵敏度检 测， 其制造和使用成本低。 [0008]本发明解决技 术问题的技 术方案是： [0009]一种功能性半导体SE RS芯片， 其特征在于， 所述SE RS芯片包括基底、 功能性半导体 阵列、 纳米增强模块以及电源 模块， 其中， [0010]所述功能性半导体阵列排布于所述基底内部或上方， 具有在预定外加条件下局部 电导通的功能； [0011]所述纳米增强模块设置 于所述功能性半导体阵列上 方并与其相连； [0012]所述电源模块的两极分别与所述功能性半导体阵列和所述纳米增强模块连接， 用 于在二者之间施加电压 。 [0013]优选地， 所述功能性半导体阵列为 光敏半导体阵列或者压敏半导体阵列。 [0014]优选地， 所述基底由半导体或绝缘材料制成， 优选地， 所述基底由单晶硅或二氧化 硅制成。 [0015]优选地， 所述功能性半导体阵列一端与所述纳米增强模块连接， 另一端与所述电 源模块的一极连接。 更具体而言， 这里指的是， 每个半导体单元上下排布， 上端面与纳米增 强模块电连接、 下端面与电源 模块的一极相连。说　明　书 1/5 页 3 CN 114993953 A 3