专利名称：程序控制的表面增强光谱粒子的制作方法
技术领域：
公开的实施例涉及表面增强光谱活性纳米粒子。更具体地讲，公开的粒子和方法包括具有能够实现与粒子相关联的光谱特征(spectroscopic signature)的出现、消失和 /或随时间改变的强度的成分或结构的粒子。
背景技术：
某些光谱技术的特征在于通过在表面的电磁相互作用增强光谱信号。代表性表面增强光谱技术包括但不限于表面增强拉曼光谱(SERQ和表面增强共振拉曼光谱(SERRS)。 在SERS或SERRS中，金属或其它增强表面将会以电磁方式耦合到入射电磁辐射，并产生导致位于增强表面上或位于增强表面附近的SERS活性分子的拉曼散射的105到109倍或更大的增加的局部放大的电磁场。SERS实验中的输出是SERS活性分子的指纹状拉曼光谱。SERS和其它SES技术能够利用诸如纳米粒子的粒子实现。例如，金是SERS增强表面，金胶体可以悬浮在混合物中以为增强拉曼光谱检测作准备。SERS还可以利用更复杂的SERS活性纳米粒子来执行，所述SERS活性纳米粒子为例如SERS纳米标签，如美国专利 No. 6，514，767、No. 6，861，263、No. 7，443，489和别处所述。在SERS纳米标签中，探针分子 (reporter molecule)被吸附到SERS活性表面，并且SERS活性表面和探针通常都利用硅石或另一相对不可渗透材料被密封。硅石涂层的一个优点在于它防止吸附的分子扩散离开。涂层或壳还防止其它分子吸附到增强表面或粒子核。这种结构赋予粒子一定程度的健壮性和环境不敏感性，这一点对于许多应用而言是所希望的特征。环境不敏感性和健壮性还使得SERS纳米标签在光谱方面是静态的。特别地，不管标签已被应用于物品或嵌入在物质中多久以及是否许多类型的化合物或溶液与SERS纳米标签接触，SERS纳米标签几乎都会返回相同的信号。因此，SERS纳米标签的光谱特征通常不能作为可预测的时间的函数变化，并且它也不能由标签用户改变。本文公开的实施例旨在克服与已知表面增强光谱粒子相关联的这种或其它问题。

发明内容
本文公开的一个实施例是具有SES活性表面和与SES表面相关联的可程序控制的探针(reporter)的可程序控制的表面增强光谱(SEQ粒子。可程序控制的SES粒子在本文称为PSP。在选择的实施例中，SES活性表面可以是可具有2nm和2000nm之间的直径的纳米粒子。在SES活性表面是纳米粒子的实施例中，该表面可以为Au、Ag、Cu、Al、Pd、Pt，或者Au、Ag、Cu、Pd、Pt或Al的混合物，或者可以为任何其它光谱增强表面。SES金属不必是金属，因为非金属材料已在某些激发波长显示为SES活性。SES活性表面可以为球形或近似球形，或者具有球对称性，或者具有任何其它形状。可程序控制的SES粒子的各种实施例包括可程序控制的探针。可程序控制的探针允许SES粒子响应于光谱查询返回受控但可变的信号。光谱信号能够在外部被触发而改变，或者该信号可以自然地随时间改变。例如，从可程序控制的SES粒子获得的光谱信号可以增大或减小。信号变化可以随时间线性地发生。可替换地，信号随时间的变化能够呈现无限种形式。该信号可以响应于触发而改变并随后随时间返回到它的初始值，可替换地，从可程序控制的SES粒子获得的信号可响应于触发而改变并实现新的恒定值。在可程序控制的SES粒子的可替换实施例中，从粒子获得的信号可以在没有触发引起的激活的情况下改变。可程序控制的SES粒子的可程序控制的探针可包括与SES活性表面相关联的SES 活性探针分子。SES活性探针可以是在适合波长的光学查询时返回光谱特征的任何物质，特别地，可以是当SES活性探针与SES活性表面相关联时返回增强光谱信号的物质。通过允许外部环境因素或反应物干扰SES活性探针或SES活性表面，可以激活或去激活SES活性粒子的各种实施例。可替换地，可以使SES活性探针或SES活性表面的行为随时间可变。例如，选择的SES活性探针物质可以与SES活性表面相关联，该探针随时间衰变或改变为非SES活性材料。可替换地，可以提供作用于SES活性探针或SES活性表面的反应物，从而增大或减小粒子的光谱行为。在选择的实施例中，由包围探针和表面的多孔外壳提供对SES活性探针和SES活性表面的接近。多孔外壳的代表性例子包括但不限于气凝胶、选择性渗透聚合物或多孔硅石涂层。可替换地，可以提供包围SES活性探针和SES活性表面的具有可变渗透性的外壳。 具有可变渗透性的材料的代表性例子包括但不限于可热解聚聚合物、可热解聚三代聚碳酸酯、热响应性聚合物、有机可溶性反胶束和可生物降解材料。外壳可具有响应于光、加热、冷却、机械作用或化学反应物变化的可变渗透性。可替换地，具有可变渗透性的外壳可以由将会在使用中溶解或离解的物质制成。在可替换的实施例中，如上所述的可程序控制的SES粒子还可以包括与探针和/ 或SES活性表面相关联的传送层。具有传送层的粒子可以由外壳密封。传送层包含将会作用于SES活性探针或SES活性表面上并改变SES活性探针或SES活性表面的SES行为的材料。在选择的实施例中，传送层可包含响应于刺激物(诸如，热、冷、光、机械刺激物或化学刺激物)产生反应物的材料。例如，传送层可包括但不限于可热解聚聚合物、光酸产生剂、 光敏化合物或光敏聚合物。可程序控制的SES粒子的选择的实施例还可以包括通常(但并非必定)位于传送层和SES活性探针或SES活性表面之间的扩散层。扩散层用于减缓由传送层产生的反应物或外部试剂与探针或SES活性表面的相互作用。可替换的实施例包括上述的可程序控制的SES粒子的制造方法。可替换的实施例包括利用如上所述的可程序控制的SES粒子标记或标识物质、文件、物体或材料的方法。


图Ia至图Ic是作为时间的函数的从选择的类型的PSP获得的SES信号的图形表示；图加至图2c是代表性PSP结构的示意性表示；
图3是包括反胶束外壳的PSP的示意性表示；图4是从选择的PSP获得的光谱信号随时间的强度的图形表示；图5是在存在过氧化物的情况下从选择的PSP获得的光谱信号随时间的强度的图形表示；图6是在存在多种触发物(trigger)的情况下从选择的PSP获得的光谱信号随时间的强度的图形表示；图7是显示PSP的快速化学去激活的从选择的PSP获得的光谱信号随时间的强度的图形表示；图8是显示热激活的从选择的PSP获得的光谱信号的强度的图形表示；图9是显示热去激活的从选择的PSP获得的光谱信号的强度的图形表示；图10是显示光去激活的从选择的PSP获得的光谱信号的强度的图形表示；图11是在存在多种触发物的情况下从选择的PSP获得的光谱信号随时间的强度的图形表示；图12是显示在存在SES活性物质的情况下的快速激活的从多孔PSP获得的光谱信号的强度的图形表示；图13是本文公开的代表性PSP的TEM图像。
具体实施例方式除非另有说明，说明书和权利要求书中使用的表达成分的量、尺寸反应条件等的所有数字应该理解为在所有情况下由术语“大约”修饰。在本说明书和权利要求书中，除非另有具体的说明，单数的使用包括复数。另外， 除非另有说明，“或者”的使用是指“和/或”。此外，术语“包含”以及诸如“被包括”和“包括”的其它形式的使用不是限制性的。此外，除非另有明确的说明，诸如“元件”或“部件” 的术语包括包含一个单元的元件和部件以及包含超过一个单元的元件和部件。本文公开的实施例涉及在光谱方面活性的可程序控制的粒子。特别地，公开的粒子和方法是表面增强光谱(SEQ活性的粒子和方法。代表性SES技术包括但不限于SERS、 SERRS和其它技术。已观察到多种其它光谱方法或系统中的表面增强。最为广泛研究的是表面增强拉曼散射和表面增强荧光(SEF)。但已观察到各种其它表面增强现象，包括表面增强超拉曼散射(SEHRS)、表面增强超拉曼共振散射(SEHRRS)、表面增强瑞利散射、表面增强二次谐波产生(SHG)、表面增强红外吸收反射(SEIRA)和表面增强激光解吸电离(SELDI)。 这些是除了上述现象之外还包括表面等离子体增强发射(诸如，SPASERS-辐射的自发发射的表面等离子体放大)、等离子体增强衍射和等离子体增强光学透射的称为等离子体增强或等离子体增强光谱学的更广泛领域的一部分。等离子体增强也是一种增加太阳能电池的效率的方法。如本发明中所使用，SES包括以上列出以及任何相关或相似的光谱技术。针对SERS描述了本文的许多例子。然而，必须注意的是，本文公开的方法、成分和粒子同样适用于SERRS、SEHRS、SEF、SEHRRS、SHG、SEIRA、SPASERS或其它表面增强或等离子体增强SES技术。如以上所述，一种类型的已知SERS活性纳米粒子是SERS纳米标签，如美国专利 No. 6，514，767、No. 6，861，263、No. 7，443，489和别处所述。在常规SERS纳米标签成分中，探针分子被吸附到SERS活性表面，SERS活性表面和探针通常都用硅石密封。硅石涂层的一个优点在于它防止吸附的分子扩散离开，还防止其它分子被吸附到该表面。这把一定程度的健壮性和环境不敏感性施加于SERS纳米标签粒子，这一点对于许多应用而言是所希望的特征。然而，在某些情况下，希望使粒子的特性SERS特征选择性地变化。例如，可能有用的是制造具有探针的SERS粒子的实施例，其中SERS特征作为时间的函数消失或出现。这种时间可变粒子可以例如用于监测在几个位置之间移动的物体的位置，诸如添加到物体、 文件、材料或物质以在连续位置检验它的接收的隐蔽标签剂。另外，如果以基于SERS粒子的标签剂标记的物体、文件、材料或物质的表面面积小，则有利的是“擦除”与标记粒子相关联的信号并为了增强安全性根据需求或需要对新的特征进行编程。本文公开的一个实施例包括SERS特征被编程为根据需要出现或消失的粒子。例如，如果粒子被添加到用于验证或跟踪印花税票、护照、包装或类似物品的墨从而仅能结合外部刺激物在光谱方面检测粒子，则将会导致额外程度的隐蔽安全性。可替换地，可以提供显示仅在预定的可能机密的时间可观察的明显特征的例子。在可替换的实施例中，当选择暴露于环境因素、化学或其它物质时，粒子的SERS 活性特征能够是可变的。例如，肉或乳制品通常保存于低温以避免变质腐败。如果与这些类型的产品关联的粒子的SERS特征能够被编程为在暴露于阈值温度(例如，60° F)时不可逆地改变，则这种粒子能够用于跟踪对阈值条件的暴露。隐蔽标签剂因此能够被设计为既检验真实性又监测产品存储和处理。类似地，可变SERS活性特征能够用于监测标记的物质对自由基、酸或基本条件的暴露或者对许多其它类型的化学物质或环境条件的暴露。在其它实施例中，特定SERS特征可以被编程为作为溶液中两个(或更多个)结合配偶体之间的生物化学相互作用的结果而出现。这种系统通常称为亲近测定。与荧光(亲近测定中使用的典型读出方法)相比，SERS的一个优点在于SERS光谱特征的相对狭窄，从而产生能够同时跟踪多个分析物的多路测定的可能性。本文公开的物质的成分和方法包括多种类型表面增强光谱粒子，特别地包括粒子的光谱特征改变的SERS粒子。特征或光谱输出可以选择性地改变、随时间改变、响应于外部因素(诸如，环境因素)或暴露于某种物质改变或者另外以任何方式改变。这类粒子在本文定义为“可程序控制的SES粒子(programmable SES particle) ”或(PSP)。本文描述的PSP可调整为与SERS、SERRS或其它SES技术一起工作。本文描述的PSP可以容易地与如美国专利No. 6，514，767、No. 6，861，263, No. 7，443，489和别处所述的密封SERS纳米标签区分。SERS纳米标签被设计为给出不受环境、物理和化学刺激物影响并且不随时间改变的恒定不变的信号。相比之下，PSP被设计为返回能够在外部被触发而改变或者自然地随时间改变的受控但可变的信号。图Ia以图形方式示出已知SERS纳米标签和本文公开的PSP之间的功能差异。从 SERS纳米标签观察的信号(轨迹102)是不随时间变化的SERS信号。然而，PSP提供例如随时间改变的信号(轨迹104和106)。在图1的特定时间点(表示为“触发(trigger) ”)， 从PSP获得的SERS信号可以开始改变。所述改变可以是增大或减小。信号改变能够如信号106所示随时间线性地变化，或者信号可以如信号104所示渐近地变化。信号随时间的改变能够呈现无限种形式。本发明的范围不限于任何特定类型的信号改变。例如，如图Ib中所示，PSP的SERS信号能够响应于触发物改变并随后随时间返回到它的初始值，如信号轨迹110的图形所示。可替换地，SERS信号能够响应于触发物112改变并实现新的恒定值。 第二触发物114的引入使信号改变为第二新的恒定值，如信号轨迹116所示。在图Ib中， 第二恒定值被示出为等于原始信号值，但不必如此。图Ic示出两个其它非限制性的代表性方案，其中从PSP获得的SERS信号随时间改变。在代表性信号轨迹118中，在时间=0，不存在信号，并且信号强度随时间增加。在这个实施例中，信号强度在没有刺激物或触发物的情况下随时间增加。可替换地，信号能够随时间衰减，信号衰减在时间零开始。在如代表性信号轨迹120所示的可替换的方案中，在时间=0，SERS信号=0，并保持为0直至应用触发物122。代表性触发物能够是单独或组合应用的任何数量的刺激物。触发物的例子包括但不限于物理、光学、化学、生物化学、电气、磁、电磁、机械和流体或微流体现象。触发物的其它非限制性例子包括压力、体积、温度、质量、重量、流速、焓、熵、吉布斯自由能的变化，离子、阳离子、阴离子、电子、原子、分子、氧化剂、还原剂、溶剂、分子配合物、生物分子、超分子物种和/或粒子不存在或存在或浓度的变化，以及前述各项中的任何项之间的配合物或组合的不存在或存在或浓度的变化。另外的非限制性触发物包括电压、电流、电阻、阻抗、氧化还原电势、湍流、流速、孔隙度、表面面积、光(X线、深uv、uv、可见、近m、IR、微波)、光的波长、光的强度(例如，关到开或者开到关)、声音的强度和声音的频率的变化。平衡常数的变化也能够用作触发物。另外，触发物可包括两种或更多种刺激物，例如温度和压力的变化、 吉布斯自由能、化学成分和氧化还原电势的变化，或者流速和离子浓度的变化。以上各项中的任何项的空间梯度能够用作触发物，当与对探针或其它SERS信号产生部分的接近的变化耦合时尤其如此。例如，粒子可在密封剂的两侧具有探针分子的浓度的梯度。在内侧(面对SERS活性粒子核的一侧)，存在高浓度的SERS信号产生部分，而在面对外部环境的密封剂的一侧，不存在探针并且探针浓度因此等于0。通过探针扩散离开 SERS活性粒子表面，这个梯度能够在特定环境下用作触发物。这种扩散不会作为多种因素的结果发生于已知SERS纳米标签中，最不可能的是探针分子与核表面的结合以及由密封剂自身引起的受限制的扩散。然而，如果故意地对具有弱吸附探针的SERS活性粒子涂布了一层多孔硅石或随后变为多孔的一层硅石，则前述梯度将会足以引起如图Ic所示的在时间=0开始的信号 (信号轨迹118)的损失，并且SERS信号减小而非增大。可替换地，即使在溶液中存在高浓度的探针的情况下，涂布有非多孔密封剂(但没有探针)的SERS活性粒子也将会在时间= 0显示没有信号。如果合适的触发物(例如，pH、温度或化学反应物)引起密封剂孔隙度的增加，则溶液中的探针将会响应于浓度梯度而通过孔隙扩散，导致SERS信号的增大。这个例子图示在图Ic中，即，信号轨迹120。在许多实施例中，能够控制与PSP关联的SERS信号变化的时间尺度。能够使信号变化在获得拉曼光谱所需的短时间尺度(因此，与一皮秒或多皮秒一样短)上发生。例如， 使用脉冲激光的光化学触发物能够在这种极短时间尺度上引起SERS信号的变化。可替换地，PSP的信号变化能够根据特定触发物的应用或者自然地以纳秒、微秒、秒、分、小时、天、 周、月、年、或甚至数十年发生。不管是出现还是消失，SERS信号的变化不必是完全出现或完全消失。在许多情况下，任何可观察的较小的信号变化(例如，信号强度的1 %、3 %、5 %、10 %、20 %、30 %、 40 %、50 %、60 %、70 %、80 %或90 %变化)将会对于本文描述的目的而言是令人满意的。同样地，所述变化的测量不必是绝对的；相反，能够作为比值测量，或者与不随时间或响应于选择的刺激物改变SERS信号的标准材料相比。例如，静态SERS粒子可以与探针A混合并且PSP粒子与探针B混合。在一个例子中，静态粒子对于温度不敏感或者仅为弱敏感，而在大于50°C的温度，来自PSP中的探针A的信号随时间急剧衰减。与仅测量PSP输出相比，来自PSP和静态粒子的SERS信号的比较可提供增加的准确性。可以按照各种各样的几何构造制造PSP。几种非排他性的代表性几何构造显示在图2中。图加示意性地示出可程序控制的SES粒子(PSP) 200的简单架构，其包括表面增强光谱表面(即，SERS活性的核202)。PSP 200还包括可程序控制的探针(特别地，一层探针分子204)和外层206。核202可以是Au、Ag、Cu、Al、Pd、Pt、前述各项的混合物，或者在从200nm到2500nm的任何波长表现出SERS增强的任何其它材料，并且能够具有2nm和 2000nm之间的直径或有效直径。所述核能够具有任何形状或结构。探针204能够为有机分子或分子的混合物、无机分子或分子的混合物、聚合物或聚合物的混合物、固态材料或固态材料的混合物，或者具有可检测拉曼光谱的前述各项的任何组合。探针204可以是、可以具有或者可以包括单个分子、多个分子、亚单分子层、单分子层、多层、或者厚度为1微米的膜。外层206可以是硅石、二氧化钛、氧化锆、任何氧化物或氧化物的混合物、氮化物或氮化物的混合物、硫族化物或硫族化物的混合物、聚合物或聚合物的混合物或者前述各项中的任何项的组合。使PSP区别于已知粒子的外层206的特征在于，外层被设计为允许或者选择性地允许由外部环境接近探针204，反之亦然。例如，外层206可以本质上是多孔的、在光学上是多孔或者通过外部刺激(例如，光、加热/冷却或化学反应物)而变为多孔。可替换地，外层206能够被编程为通过溶解、离解或其它方法全部或部分消失，从而留下核202和探针204。可替换的PSP成分显示在图2b中。在这个实施例中，可程序控制的SES粒子 (PSP) 208包括SERS活性核210和探针层212。210和212的尺寸如以上详细所述。在这个实施例中还包括传送层214(可替换地，称为产生层)、扩散层216和外层218。传送层214 的作用是存放和/或产生增大或减小SERS信号的材料。扩散层216的作用是控制传送/ 产生层214中的材料到达核210和/或探针212所需的时间的量。PSP的另一可替换的非限制性几何构造显示在图2c中。在这个实施例中，PSP 220 包括核222以及壳224、2沈和228。在一个特定实现方式中，SERS活性表面可以是壳224， 其厚度可以在1和250nm之间，可程序控制的探针层可以是壳226，其厚度可以在0. 5nm和 500nm之间，密封剂可以是壳228，其厚度可以在Inm和250nm之间。在这个特定实施例中， 核222是能够被触发以改变壳224的SERS行为的直径在2nm和500nm之间的传送层。例如，核222可以是将会使用热量作为触发物扩散到SERS活性层224的金属。如果层2M是 Au并且核222是Ag (以温度相关方式自由地相互扩散的两种金属)，则所获得的合金能够根据使用的激发波长以及核222和壳层224的相对尺寸表现出更大或更小的SERS行为。可替换地，关于图2c的PSP的一般结构，核222可以是SERS活性表面，壳2M可以是如上定义的可程序控制的探针，壳2 可以是扩散层，壳2 可以是产生层。重要是注意图2中示意性地示出的例子被示出具有单个球对称粒子几何构造，但本文公开的概念和方法同样适用于所有形状的粒子，包括但不限于棱形、杆、三角形、四面体、八面体、卵形、锥形、梯形、棱锥形、星形、前述各项的任何项的中空粒子、和任何其它形状或者能够使用欧几里得几何学描述的形状的组合。另外，也包括不能简单地使用欧几里得几何学描述或不具有对称性的粒子形状，例如通过从Ag/Au合金去除Ag制造的“瑞士奶酪”粒子或者通过削去非常薄的金属膜制造的具有褶皱的纸的形状的粒子。同样地，尽管图2中的例子被示出为具有单个粒子，但应该理解，成群或其它成组的两个或更多个粒子落在本文公开的实施例的范围内，包括但不限于2、3、4、5、6、7、8、9、 10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55 或更多个粒子的集合。也重要的是注意，不管增大还是减小或者出现还是消失，从PSP获得的SERS信号的调制或变化能够以SERS活性材料、探针、密封剂和/或阻挡层或者它们的任何组合的水平上发生。因此，PSP的信号可以通过改变SERS活性材料、通过改变探针、通过改变密封剂 /阻挡层或者它们的组合而“打开”或“关闭”或者“调大”或“调小”。这种改变可包括转换至不同成分，但不总是需要转换。例如，通过调整粒子之间的间隔可以调制PSP粒子集合的 SERS信号。同样地，通过改变探针相对于SERS活性表面的取向能够调制PSP的SERS信号。 可替换地，阻挡层的物理、光学或化学孔隙度能够被增大或减小。在选择的例子中，PSP的成分不改变，但PSP的几何构造和/或结构改变。考虑到前述情况，可以描述可用于改变PSP 的信号输出的方法、反应或过程的几个特定但非限制性的例子。通过作用于传送层触发PSP虽然通过工作于任何层或粒子核的机制能够发生PSP信号的调制或改变，但以下详细描述基本上通过作用于传送层(例如，图2b的层214或图2c的层226)工作的特定实施例。其它方法包括作用于密封剂或外层，例如图加-c的元件206、218或2 或者具有非球形形状的粒子的相应的密封剂/外层。为了说明与所有粒子几何构造或形状相关的概念的目的，下面的讨论将集中于诸如图2b的PSP 208的粒子。如以上参照图2b所描述，一种制造策略是利用三个共形层包围核/探针组合，内扩散层216密封核和探针210、212，内扩散层216又被传送层214 (也称为“产生层”)密封，传送层214又被外层218密封，外层218可以是密封剂。这种结构可以称为“壳/壳/壳”结构，应该理解，对于下面的例子，中间的壳是传送层或产生层214。外部刺激物(例如，热或光或者化学刺激物)可用于在传送层中引起通过作用于探针或核的原子的表面层而降低SERS信号的反应物的产生。代表性传送层反应物可包括但不限于强酸、强碱、氰化物(-CN)或高活性C-或0-基自由基(例如，R0)。反应物从传送层扩散到核/探针表面并降低SERS信号。在自由基的情况下，例如，降低机制是探针的亚单分子层的氧化，而在氰化物的情况下，降低机制是金属原子的第一层的腐蚀。所述降低所需的时间是基于能够经粒子和触发系统的设计完全或部分控制的三个变量到达传送层的刺激物的量，它是外层的成分的函数；产生的反应物的量，它是传送层中采用的厚度和化学特性的函数；和到达核表面的反应物的量，它是扩散层的厚度和孔隙度的函数。热量可用作增大、减小、打开或关闭从PSP获得的信号的触发物。如上所述响应于温度释放或形成活性反应物的任何物质能够用于热激活传送层中。例如，能够通过过氧化物的热分解在传送层中产生聚(N-乙烯咔唑)的自由基。可替换地，硅石的热诱导新鲜断裂导致产生Si-O自由基。可替换地，纯二苯基碘四氟硼酸盐和二苯基碘六氟硼酸盐已被发现在存在苯甲醚或硝基苯的情况下在239°C和在150°C通过热解产生氟化氢。另外，邻硝基苄基甲苯磺酸酯在100和110°C之间的温度用作对甲苯亚磺酸的热源。另外，以化学方式结合到硅石的表面的酞酸衍生物的热分解能够用于产生氨、甲胺、二乙胺和三乙胺的混合物。 前述和类似的过程能够被包括在如上所述的传送层中。另外，某些聚合物在经受到高于它们的对应上限温度时解聚合。该过程始于聚合物骨架中的键裂开，从而产生触发单体的顺序解聚的一对自由基(拉链断裂)。如果温度显著高于聚合物的上限温度，则许多键将会断裂并且大量的小的自由基将会在聚合物传送层中形成。这些自由基中的一些或许多自由基可穿透内层或扩散层并到达核表面，破坏自由基敏感探针分子并使PSP失去活性。典型例子是聚α-甲基苯乙烯(上限温度=61°C) 和聚甲基丙烯酸甲酯(上限温度=230-300°C )。通过把共聚单体加入到聚合物链或者通过选择减缓该过程的聚合物端基能够修改解聚温度。任何数量的光化学过程可用于在如上所述的传送层中触发反应物的产生。下面是多种光化学触发可能性的非排他性讨论。例如，光酸产生剂常用于化学放大抗蚀剂 (CAR)，其中当照射光酸时产生强酸。虽然小分子光酸通常与用于最终应用的聚合物混合，但可以把光酸基包括在聚合物链中。包含侧光酸基(即，三氟甲磺酸苯基二甲基锍基 (phenydimethylsulfonium triflate group))的不同聚合物链可被合成以建立壳/壳/壳 PSP粒子的传送层。在选择的实施例中，照射封端标签将会释放强酸。该酸能够穿透标签的扩散层并且将会与酸敏感探针反应，从而消除来自PSP的SERS信号。三苯甲烷无色氢氧化物衍生物在UV照射时释放氢氧离子。同样地，三苯甲烷的烷氧基衍生物能够以相同方式产生醇盐离子。这些光敏化合物能够内置于聚合物中以产生光敏碱释放材料。这些和类似材料可以被合成并用于建立三壳PSP粒子的传送层。粒子的UV 照射将会释放氢氧离子和/或醇盐离子，所述氢氧离子和/或醇盐离子将会穿透PSP粒子的扩散层并将会与碱敏感探针反应，从而使粒子失去活性。包含苯酰醚(benzoyn ether)衍生物的聚合物在照射时破裂以形成苯酰和α -烷氧基苯甲基初级自由基。包含侧苯酰醚基的聚合物可以被合成以建立壳/壳/壳PSP粒子的传送层。对粒子的照射将会释放自由基，所述自由基将会穿透PSP的内层并且将会与自由基敏感探针反应，从而使粒子失去活性。产生a)酸、b)碱和C)自由基的光敏聚合物的一般结构为
权利要求
1.一种可程序控制的SES粒子，包括 表面增强光谱(SEQ活性表面；以及与SES表面相关联的可程序控制的探针。
2.如权利要求1所述的可程序控制的SES粒子，还包括纳米粒子SES活性表面。
3.如权利要求2所述的可程序控制的SES粒子，其中所述纳米粒子SES活性表面具有 2nm和2000nm之间的直径。
4.如权利要求2所述的可程序控制的SES粒子，其中所述纳米粒子SES活性表面包含 Au、Ag、Cu、Al、Pd、Pt中的至少一种，或者Au、Ag、Cu、Al、Pd或Pt的混合物。
5.如权利要求2所述的可程序控制的SES粒子，其中所述纳米粒子SES活性表面具有球对称性。
6.如权利要求1所述的可程序控制的SES粒子，其中所述可程序控制的探针包括 与SES活性表面相关联的SES活性探针；以及包围SES活性探针和SES活性表面的多孔外壳。
7.如权利要求6所述的可程序控制的SES粒子，其中所述多孔外壳包含气凝胶、选择性渗透聚合物和多孔硅石中的至少一种。
8.如权利要求1所述的可程序控制的SES粒子，其中所述可程序控制的探针包括 与SES活性表面相关联的SES活性探针；以及探针和SES活性表面。
9.如权利要求8所述的可程序控制的SES粒子，其中具有可变渗透性的外壳包含可热解聚聚合物、可热解聚三代聚碳酸酯、热响应性聚合物、有机可溶性反胶束和可生物降解材料中的至少一种。
10.如权利要求8所述的可程序控制的SES粒子，其中使具有可变渗透性的外壳响应于光、加热或冷却以及化学反应物中的至少一种而更具渗透性。
11.如权利要求8所述的可程序控制的SES粒子，其中使具有可变渗透性的外壳溶解或离解。
12.如权利要求1所述的可程序控制的SES粒子，其中所述可程序控制的探针包括 与SES活性表面相关联的SES活性探针；传送层，与SES活性探针和SES活性表面中的至少一个相关联；以及外壳，包围传送层、SES活性探针和SES活性表面。
13.如权利要求12所述的可程序控制的SES粒子，其中所述传送层包含将会改变SES 活性探针的SES行为的材料。
14.如权利要求12所述的可程序控制的SES粒子，其中所述传送层包含将会改变SES 活性基片的SES行为的材料。
15.如权利要求12所述的可程序控制的SES粒子，其中所述传送层包含响应于刺激物产生反应物的材料。
16.产生反应物的传送层包括热、冷、光、机械刺激物和化学刺激物中的至少一种。
17.如权利要求12所述的可程序控制的SES粒子，其中所述传送层包含可热解聚聚合物、光酸产生剂、光敏化合物和光敏聚合物中的至少一种。
18.如权利要求1所述的可程序控制的SES粒子，其中所述可程序控制的探针包括SES活性探针，与SES活性表面相关联；传送层；扩散层，与SES活性探针和SES活性表面中的至少一个以及传送层相关联；以及外壳，包围传送层、扩散层以及SES活性探针和SES活性表面。
19.如权利要求1所述的可程序控制的SES粒子，其中所述可程序控制的探针包括SES活性探针，与SES活性表面相关联；以及用于改变SES活性探针或SES活性表面的SES行为的装置。
20.如权利要求19所述的可程序控制的SES粒子，其中用于改变SES活性探针或SES 活性表面的SES行为的装置使得SES活性探针或SES活性表面的SES行为随着时间的消逝而改变。
21.如权利要求19所述的可程序控制的SES粒子，其中用于改变SES活性探针或SES 活性表面的SES行为的装置使得SES活性探针或SES活性表面的SES行为响应于外部触发而改变。
22.一种制造可程序控制的SES粒子的方法，包括使可程序控制的探针与SES活性表面相关联。
23.如权利要求22所述的制造可程序控制的SES粒子的方法，还包括利用外壳包围 SES活性表面和可程序控制的探针。
24.如权利要求23所述的制造可程序控制的SES粒子的方法，还包括利用多孔外壳包围SES活性表面和可程序控制的探针。
25.如权利要求23所述的制造可程序控制的SES粒子的方法，还包括利用选择性渗透外壳包围SES活性表面和可程序控制的探针。
26.如权利要求23所述的制造可程序控制的SES粒子的方法，还包括提供与SES活性探针和SES活性表面中的至少一个相关联的传送层。
27.如权利要求23所述的制造可程序控制的SES粒子的方法，还包括提供与传送层相关联的扩散层。
28.—种标记材料的方法，包括提供用于标记的材料；使可程序控制的SES粒子与该材料相关联。
29.如权利要求观所述的标记材料的方法，其中所述材料包括文件、货币、有形物体、 物质、固体、流体和产品中的至少一种。
30.如权利要求28所述的标记材料的方法，还包括通过可程序控制的SES粒子的光谱查询获得至少一个光谱信号；其中所述可程序控制的SES粒子的光谱信号随时间改变。
31.如权利要求30所述的标记材料的方法，还包括把触发物应用于可程序控制的SES 粒子以触发能够从可程序控制的SES粒子获得的光谱信号的变化。
全文摘要
实施例包括多种类型的可程序控制的表面增强光谱(SES)粒子(PSP)及其制造和使用方法，该粒子包括具有SES活性表面202和与SES表面202关联的可程序控制的探针206的PSP 200。可程序控制的探针206使得PSP 200将会响应于光谱查询返回受控但可变的信号。该光谱信号能够在外部被触发而改变或者该信号可以自然地随时间改变。
文档编号G01N21/00GK102301222SQ200980155443
公开日2011年12月28日 申请日期2009年12月23日 优先权日2008年12月24日
发明者M·J·纳坦 申请人:卡博特保密器材股份有限公司