(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210597176.4 (22)申请日 2022.05.30 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114942240 A (43)申请公布日 2022.08.26 (73)专利权人 武汉太赫光学 科技有限公司 地址 430000 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区高新大道818号武汉高科医疗器 械园B地块一期B9栋4层01号401厂房 （自贸区武汉片区） (72)发明人 陈文　刘扬　 (74)专利代理 机构 深圳紫藤知识产权代理有限 公司 44570 专利代理师 何志军 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01)G01J 3/10(2006.01) G01J 3/44(2006.01) G01N 21/01(2006.01) B22F 1/054(2022.01) B82Y 15/00(2011.01) (56)对比文件 CN 108226079 A,2018.0 6.29 US 2009249520 A1,20 09.10.01 CN 105699358 A,2016.0 6.22 US 20162 23467 A1,2016.08.04 WO 0106257 A1,20 01.01.25 WEN CHEN et al.Co ntinuous-wave frequency upco nversion with a mo lecular optomechanical nan ocavity. 《SCIENC E》 .2021, 第374卷(第6 572期),第1264-1267页. 审查员 黄晓 (54)发明名称 上转换拉曼传感器及应用 (57)摘要 本发明实施例公开了一种上转换拉曼传感 器及应用。 该传感器包括： 基底； 第一金属纳米颗 粒， 第一金属纳米颗粒沉积在基底上； 第二金属 纳米颗粒， 金属纳米颗粒可移动以靠近第一金属 纳米颗粒； 其中， 将待分析物固定在第一金属纳 米颗粒与第二金属纳米颗粒之间的纳米间隙区 域或附近， 并基于待分析物的分子振动模式， 采 用拉曼光源、 红外光源同时照射待分析物， 以检 测出待分析物的上转换拉曼信号。 本发明提供的 上转换拉曼传感器不仅可以实现分子特异性检 测， 信号稳定， 同时还能直接兼容大部分基于传 统拉曼分子传感所进行的技术优化， 而且相比传 统拉曼技术， 能有效分离传统拉曼技术常出现的 背景噪声， 大幅度提高分子信号在光谱和成像方 面的灵敏度与信噪比。 权利要求书1页 说明书11页 附图11页 CN 114942240 B 2022.12.13 CN 114942240 B 1.一种上转换拉曼传感器， 其特 征在于， 包括： 基底； 第一金属纳米颗粒， 所述第一金属纳米颗粒沉积在所述基底上； 第二金属纳米颗粒， 所述金属纳米颗粒 可移动以靠 近所述第一金属纳米颗粒； 其中， 将待分析物固定在所述第 一金属纳米颗粒与所述第 二金属纳米颗粒之间的纳米 间隙区域或所述纳米间隙区域附近， 并基于所述待分析物的分子振动模式， 采用第一波长 的拉曼光源、 第二波长的红外光源同时照射所述待分析物， 以检测出所述待分析物的上转 换拉曼信号， 实现病毒检测、 化学毒性检测、 药物发现、 食品过程控制以及环境 监控； 其中， 所述分子振动模式通过将所述待分析物的标准拉曼光谱、 红外吸收光谱进行重 叠后的重叠峰确定， 所述第二波长的红外光源通过对所述分子振动模式进行单位换算确 定， 同时选取近红外光源、 可见光源中的第一波长的拉曼光源， 并根据换算公式R/107 =1/ λL‑1/ λ确定上转 换后的斯托 克斯以及反斯托 克斯拉曼光波 长， 其中， R为分子振动模式， λL为 第一波长， λ为上转换后的斯 托克斯或反斯 托克斯拉曼光波长 。 2.根据权利要求1所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述第 一金属纳米颗粒在所 述基底上沉积， 以在所述基底上 形成若干个凹槽 。 3.根据权利要求2所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 依次在所述基底上沉积金属 连接层、 所述第一金属纳米颗粒、 第二金属层， 并进行曝光和刻蚀， 以在所述基底上形成所 述凹槽。 4.根据权利要求2所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述凹槽为矩形凹槽， 所述 凹槽的长边 为1‑5微米， 短边 为10‑1000纳米。 5.根据权利要求4所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述凹槽在所述基底上呈阵 列排布， 两个长边相 邻的所述凹槽 之间的间距大于0.5微米， 两个短边相 邻的所述凹槽之间 的间距大于 0.5微米。 6.根据权利要求1所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述第一金属纳米颗粒、 所 述第二金属纳米颗粒的直径均为10 ‑1000纳米。 7.根据权利要求1所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述第一金属纳米颗粒、 所 述第二金属纳米颗粒为金纳米颗粒、 银纳米颗粒、 铝 纳米颗粒中的一种或多种。 8.根据权利要求1所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述第一金属纳米颗粒、 第 二金属纳米颗粒均修饰有配 体， 所述待分析物通过 所述配体固定在所述纳米间隙区域。 9.根据权利要求1所述的上转换拉曼传感器， 其特征在于， 所述红外光源为近红外光 源、 中红外光源、 远红外光源、 极远红外光源中的任意 一种。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114942240 B 2上转换拉曼传感器及应用 技术领域 [0001]本发明涉及光学传感技 术领域， 尤其涉及一种上转换拉曼传感器及应用。 背景技术 [0002]目前， 微观检测通常采用拉曼散射的光学探测与传感以获取分子振动的 ‘指纹’光 谱， 从而实现无标记的高特异 性探测。 基于这一独特优势， 拉曼检测与传感在多种生物化学 相关应用中发挥着重要作用， 包括病毒检测， 化学毒性检测、 疾病与癌症临床诊断、 药物发 现、 食品过程控制和环境 监控等。 [0003]然而拉曼传感在实际的应用中往往遇到了许多困难还未解决， 例如， 当其应用于 多分子或者复杂的检测环境中 （如细胞体内） ， 真正待测分子的特征拉曼信号容易被环境中 其他分子的拉曼信号所干扰或掩盖， 从而难以简单可靠地进行信号分析， 此时便需要借助 复杂的机器学习算法来实现， 导致拉曼传感的特异性大大降低， 同时也影响分子探测的定 量性。 [0004]另外， 在激发分子拉曼信号的同时， 往往也会激发分子的荧光信号， 在光谱上表现 为拉曼尖峰下方的宽波段强背景信号 （拉曼光谱下方的大包） ， 甚至会直接掩盖掉拉曼信 号， 从而极大的影响了拉曼传感的灵敏度。 [0005]上述缺陷导致拉曼传感仅仅局限于光谱检测和分析， 其成像应用相比荧光等其他 光学过程， 其信噪比受荧光背景 的严重制约， 同时多分子干扰也会显著降低拉曼成像的特 异性识别优势。 发明内容 [0006]针对现有技术的不足， 本发明提供了一种上转换拉曼传感器及应用， 本发明实施 例提供的上转换拉曼传感器不但能显著 提高在复杂环境下对分子指纹的特异 性识别能力， 同时能有效分离传统拉曼技术常出现的背 景噪声， 大幅度提高分子信号在光谱和成像方面 的灵敏度与信噪比。 [0007]第一方面， 本发明提供了一种上转换拉曼传感器， 其包括： [0008]基底； [0009]第一金属纳米颗粒， 所述第一金属纳米颗粒沉积在所述基底上； [0010]第二金属纳米颗粒， 所述金属纳米颗粒 可移动以靠 近所述第一金属纳米颗粒； [0011]其中， 将待分析物固定在所述第一金属纳 米颗粒与所述第二金属纳米颗粒之间的 纳米间隙区域或所述纳米间隙区域附近， 并基于所述待分析物的分子振动模式， 采用拉曼 光源、 红外光源同时照射所述待分析物， 以检测出 所述待分析物的上转换拉曼信号。 [0012]优选地， 在所述的上转换拉曼传感器中， 所述第一金属纳米颗粒在所述基底上沉 积， 以在所述基底上 形成若干个凹槽 。 [0013]更优选地， 在所述的上转换拉曼传感器中， 依次在所述基底上沉积金属连接层、 所 述第一金属纳米颗粒、 第二金属层， 并进行曝光和刻蚀， 以在所述基底上 形成所述凹槽 。说　明　书 1/11 页 3 CN 114942240 B 3