CN101720431A - 用于检测亚微粒结构的基片上的生物和化学材料的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于检测生物或生化分析物的方法和系统一般包括具有包含一个或多个亚微粒结构的一个或多个表面的金属薄膜；用于将一个或多个分析物敷设到薄膜表面的至少一部分以与所述金属薄膜相互作用的装置；光源，用于照射该金属薄膜的表面，以使至少一些光调适成被功能化金属薄膜光学改变；以及光学检测子系统，所述光学检测子系统用于收集光学改变的光，其中改变的光指示薄膜上的表面等离子共振，以及用于基于收集的光检测分析物的一个或多个特性。

Description

用于检测亚微粒结构的基片上的生物和化学材料的方法和系统
背景技术
本发明一般涉及用于量化悬浮在或以其他方式存在于液体中然后固定在亚微粒结构的薄膜上的化学和生物材料的基于传感器的方法和装置。
如今所使用或公知的基于金属薄膜的传感器利用表面等离子共振(SPR)效应。因为表面等离子共振效应是表面等离子的结果，表面等离子本质上是沿着或穿过导电表面(通常为金属)的表面传播的光波。这些波与导电材料表面上的自由电子相互作用，自由电子又以与光波共振的形式振荡。此共振效应的特性取决于多种因素，这些因素可以被操纵并测量以用于多种不同应用。
这些传感器中的光强度或波长变化作为相邻样本的复数折射率的函数来测量。这些传感器广泛地用于研究生化反应。但是，此常规SPR技术的一个公知局限性是其相对低的灵敏度，通常在10-3-10-5折射率单位(RIU)，虽然在一些情况中可以将灵敏度改进到10-6RIU。但是，对于现代要求高的生化应用，约10-9RIU或更好的灵敏度是必要的。因此，在生化传感器中应用了更高级的SPR技术。这种更高级的SPR技术基于古斯-汉欣(Goos-)(GH)效应的应用。在一些传感器中，GH效应很小且对于传感测量无用。在另一些传感器中，GH效应较为显著并被用于改进渐逝波(evanescent-wave)传播。
先前报告的GH SPR示范使用例如金、银或铂的固体金属薄膜。这些固体金属薄膜的折射率(RI)分辨率据报告约为10-8RIU，虽然更好些，但是对于要求高的生化应用来说仍是不够的。还报告了不同类型的相位检测，包括干涉测量、外差法等。
发明内容
一个或多个方法和系统实施例通过免去对基于耦合棱镜的配置的需要并通过改进基于SPR的传感器的灵敏度或检测极限，部分地克服了现有GH-SPR技术的问题。这些方法和系统实施例的其中一个或多个实施例在金属薄膜上产生特定图样的亚微粒结构。一般为子波长孔的这些传感器阵列为光学系统提供先前所没有的特性，包括但不限于超常光学透射和谱过滤。在一些实施例中例如通过产生亚微粒大小的洞、柱或缝对金属薄膜形成图样增强了近场光强度。这些增强能够较之先前可用的基于SPR的传感器实现对化学和生物材料的更小变化的检测。这些增强还提供自参考的能力。自参考是指校正由于诸如温度、压力和光源强度偏移等的环境条件中不受控制的变化所导致的光学响应的方式。
用于检测生物或生化分析物的方法实施例的一个或多个实施例一般可以包括如下步骤：提供包含一个或多个亚微粒结构的金属薄膜；将一个或多个分析物敷设到该薄膜表面的至少一部分以将金属薄膜功能化；利用光源照射该金属薄膜的表面，其中至少一些光被功能化金属薄膜光学偏置(optically displaced)；收集光学偏置的光，其中偏置的光指示薄膜的一个或多个表面上的表面等离子共振；以及基于收集的光来检测分析物的一个或多个特性。这些亚微粒结构可以包含具有直径小于或等于100nm的纳米洞(nanohole)或纳米柱，并且还可以包含具有直径小于或等于50nm的纳米洞。纳米洞的间距可以是200nm或更小并还可以具有100nm或更小的间距。金属薄膜可以包含金(Au)、银(Ag)或其他适合的金属，并且可以介于50-250nm的厚度之间。这些分析物可以包括多种生物或生化材料，例如但不限于荧光标记的材料。纳米柱可以包括多个复合层，这些复合层根据应用具有不同的介电特性。
根据应用，金属薄膜传感器可以调适成反射或偏置光，从而产生小于10-8RIU的折射率分辨率。金属薄膜可以包含随机或预定图样的亚微粒结构。金属薄膜可以是独立式的、完全或部分固定或以其他方式支承在基片上。基片可以包含多种材料，包括但不限于石英。
用于检测生物或生化分析物的另一个方法实施例一般包括如下步骤：提供包含一个或多个亚微粒结构的金属薄膜；将一个或多个识别受体敷设到一个或多个所述亚微粒结构；利用光源照射所述金属薄膜的表面，其中至少一些所述光被所述金属薄膜光学改变；收集所述光学改变的光，其中所述改变的光指示所述薄膜上的表面等离子共振；以及基于所述收集的光来检测所述分析物的一个或多个特性。
识别受体可以包括具有能够改变所述光的介电特性的标签亚微粒结构；其中所述收集的光可以包括透射模式的、反射模式的或透射模式和反射模式兼有的光。
传感器中使用的标签可以包括金属亚微粒结构，以及其中所述金属是从如下组成的组中选择的：Au、Al、Ag、Ni、Pt、Pd、贵金属和在UV-VIS-IR谱范围中有等离子共振的金属。该标签还可以包含介电亚微粒结构，以及其中所述介电亚微粒结构包含从SiO2和聚苯乙烯组成的组中选择的胶体粒子。
收集光的步骤还可以包括收集选为包含至少一个等离子带(plasmon band)的谱范围上的光；以及还包括使用多变量分析来分析一个或多个谱响应的步骤，其中所述多变量分析调适成改进所述检测。该多变量分析可以包括同时分析共振峰值偏移、峰值强度、峰值加宽、峰值形状变化和峰值畸变。
用于检测生物或生化分析物的另一个方法实施例一般包括如下步骤：提供包含多个亚微粒孔的金属薄膜，这些亚微粒孔包含具有至少一个开口的亚微粒缝；将一个或多个识别受体附着在至少一个纳米缝的所述开口内以将所述缝功能化；利用光源照射所述金属薄膜的表面，其中所述光的至少一部分被所述功能化缝光学改变；收集所述光学改变的光，其中所述改变的光指示一个或多个所述纳米缝上的等离子共振；以及基于所述收集的光来检测所述分析物的一个或多个特性。
用于检测生物或生化分析物的一个或多个系统实施例一般可以包括：具有包含一个或多个亚微粒结构的一个或多个表面的金属薄膜；用于将一个或多个分析物敷设到该薄膜表面的至少一部分以将金属薄膜功能化的装置；光源，用于照射该金属薄膜的表面，以使至少一些光调适成被功能化金属薄膜光学偏置；以及光学检测子系统，用于收集光学偏置的光，其中偏置的光指示薄膜的一个或多个表面上的表面等离子共振，以及用于基于收集的光检测分析物的一个或多个特性。该系统可以调适成产生具有小于10-8RIU的折射率分辨率的偏置的光。相似地，这些亚微粒结构可以包含具有直径小于或等于100nm的纳米洞或纳米柱，并且还可以包含具有直径小于或等于50nm的纳米洞。纳米洞的间距可以是200nm或更小并还可以具有100nm或更小的间距。该金属薄膜可以包含金(Au)，并且可以介于40-120nm的厚度之间。这些分析物可以包括多种未标记或标记的生物或生化材料，例如但不限于荧光标记的材料。纳米柱可以包括多个复合层，这些复合层根据应用可具有不同的介电特性。金属薄膜可以包含随机或预定图样的亚微粒结构。金属薄膜可以是独立式的、完全或部分固定或以其他方式支承在基片上。基片可以包含多种材料，包括但不限于石英。
调适成用于分析生物和生化分析物的SPR传感器的一个或多个实施例一般可以包括：具有包含一个或多个亚微粒结构的一个或多个表面的金属薄膜，其中该金属薄膜能够提供小于10-8RIU的折射率分辨率，以及其中该金属薄膜具有表面等离子共振。可以利用一个或多个生物或生化分析物将该金属薄膜功能化，以使这些分析物改变金属薄膜的一个或多个表面的表面等离子共振。
附图说明
当参考附图阅读下文的详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在所有这些附图中相似符号表示相似的部件，其中：
图1是本发明的用于检测功能化亚微粒结构金属基片上的生化材料的一个方法实施例的流程图。
图2是本发明的用于检测功能化亚微粒结构金属基片上的生化材料的系统的示意图。
图3是包含多个亚微粒大小洞的图样化金属薄膜的实施例的示意图。
图4是包含在Au薄膜中形成的多个一般为锥形的亚微粒洞的图样化金属薄膜的实施例的俯视图。
图5是包含在金属薄膜中形成的多个一般为圆形的亚微粒洞的图样化金属薄膜的实施例的俯视图，在正常SEM图像中的A中示出和在放大的SEM图像中的B中示出。
图6是包含直径约35nm和间距大小～200nm的多个一般为圆形的亚微粒洞的图样化金属薄膜的实施例的俯视图。
图7是从透射和反射模式中兼有的图样化金属薄膜的实施例取得的光测量的示意图。
图8示出纳米洞阵列的四个实施例：A)具有完全地穿过金属薄膜延伸到基片的亚微粒洞的阵列；B)具有部分地穿过金属薄膜延伸且在洞的底部与基片之间有余留的金属层的亚微粒洞的阵列；C)具有完全地穿过金属薄膜延伸的亚微粒洞的独立式阵列(free-standing array)；D)具有部分地穿过金属薄膜延伸的亚微粒洞的独立式阵列。
图9示出纳米洞阵列的两个实施例：A)具有不同深度穿过金属薄膜附着于基片的亚微粒洞的阵列；B)具有不同深度的亚微粒洞的独立式阵列。
图10示出金属薄膜中的亚微粒洞图样的两个实施例。
图11示出两个亚微粒洞的俯视图和生物功能化亚微粒洞阵列的三个实施例的横截面图。
图12示出亚微粒岛(另称为亚微粒柱)阵列的三个实施例：A)具有亚微粒岛的阵列；B)具有复合亚微粒岛的阵列；C)具有多层复合亚微粒岛的阵列。
图13示出功能化亚微粒岛阵列的三个实施例：A)具有其上表面和侧表面上功能化的亚微粒岛的阵列；B)具有其上表面和侧表面上功能化的复合亚微粒岛的阵列；C)具有其侧表面上功能化的复合亚微粒岛的阵列。
图14示出具有亚微粒洞的局部阵列的实施例的图像。
图15示出具有亚微粒洞的完整阵列的实施例的图像。
具体实施方式
这些方法和系统克服了现有GH-SPR技术的问题并改进了SPR传感器检测能力。这些改进由一个或多个实施例通过在金属薄膜上产生预定图样来部分实现。子波长孔的阵列提供光学系统的优良特性，例如但不限于超常光学透射和谱过滤特性。通过在金属薄膜中或在金属薄膜上产生亚微粒结构对金属薄膜图样化增强了近场光强度。此类亚微粒结构可以包括但不限于纳米洞和纳米柱(也称为纳米岛)。此增强较之未增强的金属薄膜能够实现在更小的尺度上对化学和生物材料中的更微小变化的检测。纳米洞是指延伸到金属层中一般具有可定义深度和周长的凹坑或洞。这些洞无需是精确地圆的，但是与狭长凹槽是有所区别的。术语纳米柱在本文中可与纳米岛互换，并且是指从金属薄膜或基片的基础表面向外延伸且具有可定义高度和周长的结构。
在一些实施例中，亚微粒图样包括一般具有基本与光的波长相同的直径的多个洞或柱。但是，洞或柱的直径最好小于或等于100nm，并更好些的话小于或等于50nm，以便实现足够小以检测非常小的生物和生化材料的特性的折射率分辨率。可以将这些亚微粒结构随机地或按预定的图样在薄膜中图样化。可用于刻画(delineate)这些亚微粒结构的可应用纳米制造技术的非限制性示例包括但不限于纳米光刻、纳米球光刻(nanosphere lithography)、离子蚀刻和本领域中公知的其他技术。可以通过给定应用和一般地根据光波长的函数来调适或以其他方式定义亚微粒结构的直径和空间间距。亚微粒结构的间距最好小于或等于200nm，并更好些的话小于或等于100nm，以便实现足够小以检测非常小的生物和生化材料的特性的折射率分辨率。
用于检测生物或生化分析物的本发明方法的一个实施例在图1中示出，并一般包括如下步骤：提供包含一个或多个亚微粒结构的金属薄膜；将一个或多个分析物敷设到该薄膜表面的至少一部分以将该金属薄膜功能化；以光源照射金属薄膜的表面，其中至少一些光被光学偏置和收集。收集的光的量和质量部分地取决于光学偏置的程度和光的强度。所收集的光指示薄膜的一个或多个表面上的表面等离子共振，(当与平滑的金属表面相比时)这因亚微粒结构以及分析物而被改变。然后使用检测到的光分析和量化生物或生化分析物的一个或多个特性。这些分析物可以是单变量的或多变量的。
基于传感器的系统10的实施例在图2中示出，并一般包括具有包含一个或多个亚微粒结构的一个或多个表面的金属薄膜16；用于将一个或多个分析物22敷设到薄膜表面的至少一部分以将金属薄膜16功能化的装置24；光源12，用于照射该金属薄膜的表面，以使至少一些光调适成被功能化金属薄膜光学偏置；光学检测子系统18，所述光学检测子系统18用于收集光学偏置的光，其中偏置的光指示薄膜的一个或多个表面上的表面等离子共振，以及用于基于收集的光检测分析物的一个或多个特性。光源12可以是多个适合的光源，包括但不限于多色照明装置和激光器。系统10可以包括光调制器14以将光的相位或偏振偏移。该系统无需包括用于敷设分析物的装置24。在此类实施例中，该系统一般包括一个或多个金属薄膜传感器加载入其中的照明和检测组件，其中一个或多个分析物已经在之前被敷设到金属薄膜。该系统的实施例的任何一个可以包括一个或多个处理装置20，用于处理从照明和检测组件收集的数据以根据该数据生成生物和生化相关信息。
在这些方法和系统的一个或多个实施例中，将化学和/或生物敏感材料敷设到包含多个随机或预定图样化亚微粒结构的金属薄膜上。可以使用多种技术将生化敏感材料沉积在金属薄膜上，包括但不限于阵列化(arraying)、喷墨印刷、丝网印刷、汽相沉积、喷镀、画涂覆(drawcoating)以及本领域中公知的其他沉积方法。这些生物或生化材料可以是标记的或无标记的。标记的材料可以利用任何数量和类型的标示物和染料(例如荧光染料)来标记或标示，包括但不限于：细胞或形态染色剂、例如免疫组织化学染色剂和免疫细胞化学染色剂的免疫染色剂、细胞遗传学染色剂、原位杂交染色剂、细胞化学染色剂、DNA和染色体标示和底物结合化验染色剂(substrate binding assay stains)。例如，此类标示和染色剂可以包括但不限于：Her2/neu、EGF-R/erbB(表皮生长因子受体)、ER(雌激素受体)、PR(黄体酮受体)、AR(雄激素受体)、P53(抑癌基因)、β-联蛋白(癌基因)、磷酸-β-联蛋白(磷酸化形式的β-联蛋白)、GSK3β(糖原合酶激酶-3β蛋白)、PKCβ(媒介G-蛋白结合受体)、NFKβ(核因子卡巴B)、Bcl-2(B细胞淋巴瘤癌基因2)、CyclinD(细胞周期控制)、VEGF(血管内皮生长因子)、E-钙黏着蛋白(细胞与细胞相互作用分子)、c-met(酪氨酸激酶受体)、角蛋白、广谱钙黏着蛋白、平滑肌肌动蛋白、DAPI、苏木精、曙红。
当生物或生化材料敷设到金属薄膜时，材料与金属薄膜相互作用。此相互作用影响薄膜的光电特性，这有效地改变金属薄膜传感器的SPR或折射率响应。图3中一般示出纳米结构的金属薄膜的制造。
作为一个示例，传感器的一些实施例的洞是使用聚焦离子束铣削(FIB)系统(FEI NOVA 200双束FIB-SEM)而产生的。此系统的应用提供了以～5nm精度对制造的纳米洞的精确深度控制。洞之间的间距是以约5nm的分辨率来控制的。FIB工具提供了毫米级的大图样化区域。FIB图样化不会造成非期望的表面损伤。图样产生在Au薄膜中，而Au薄膜沉积在石英上。
Au薄膜厚度介于40-120nm之间。纳米结构的金属薄膜的其它示例在图4、5和6中示出。
图4示出带有在金(Au)薄膜中形成的锥形形式的纳米洞32的金属薄膜30(也称为阵列)。图样化是在50×50μm区域上按100nm间距执行的。图5A和5B示出直径约为35nm以及～800nm间距大小的圆形纳米洞42的5×5阵列40。图5A是5×5阵列的一般SEM视图，并且图5B是按较大放大倍率的相同阵列的局部。图6示出直径约为35nm以及～200nm间距大小的圆形纳米洞52的阵列50。
图14示出带有在金薄膜中形成的圆形形式的洞33的金属薄膜31(也称为阵列)。图样化是在30×30μm区域上按500nm间距和约210nm直径洞来执行的。图14是制造的阵列的局部的SEM图像。
图15示出带有在金薄膜中形成的圆形形式的洞37的金属薄膜35(也称为阵列)。图样化是在30×30μm区域上按400nm间距和约180nm直径洞来执行的。图15也是完整阵列的SEM图像。此方阵列的SEM图像是与金属薄膜成52°斜角拍摄的。
图7图示了演示可以如何从纳米结构阵列60进行光学测量的透射和反射模式。该纳米结构阵列可以包含洞或岛(柱)。正如所提到的，可以例如使用聚焦离子束(FIB)铣削在金属薄膜中形成洞。柱可以例如使用纳米光刻技术、化学汽相沉积、金属溅镀、离子蚀刻和本领域中公知的其他技术以在基片上形成。
图8图示穿过整个金属薄膜厚度或在薄膜中有某个余留厚度的金属而形成纳米洞阵列的几个实施例。具有纳米洞阵列的这些金属薄膜是在基片上或独立式的。阵列70示出为纳米洞72完全地穿过金属薄膜78和粘合层74延伸。粘合层74用于将金属薄膜78固定于基片76。基片76可以包含多个适合类型的透射材料(例如石英)。其他有用金属包括但不限于铝和银。粘合层促进将金粘合到玻璃表面。适合粘合剂的示例包括但不限于铬和钛。基片材料的示例包括但不限于玻璃、石英、硅、氟化镁、氟化钙以及诸如聚碳酸酯、特氟纶AF和Nafion的聚合物。阵列80示出为纳米洞82部分地穿过金属层84延伸。金属层84以相似方式固定于基片86。阵列90示出为纳米洞92完全地穿过独立式的金属薄膜94延伸。阵列100是示出为纳米洞102部分地穿过金属薄膜104延伸的另一个独立式的实施例。还可设想可以根据应用将金属薄膜部分地固定于基片上，可是部分是独立式的。
图9示出在金属薄膜中以不同深度的洞形成的纳米洞阵列的两个实施例。阵列110示出为纳米洞112具有进入金属薄膜116中的不同深度。使用粘合剂118将金属薄膜116固定于基片114。基片114和粘合剂118可以包括多种适合的透射材料。阵列120示出为纳米洞112具有进入独立式的金属薄膜124中的不同深度。
图10示出在金属薄膜中具有不同几何形状的纳米洞图样的阵列130和132的两个示范实施例。这些图样和几何形状并非限制性的。可以根据应用使用任何适合的图样和几何形状。
图11示出生物功能化纳米洞阵列结构的几个示范实施例。在一个实施例中，金属薄膜140(例如金)涂覆有另一种金属146(例如镓)的薄层(纳米厚度)。此沉积使用FIB系统来完成。接下来，使用FIB移除镓金属薄膜的区域并在金薄膜中产生纳米洞142。因此，金纳米洞具有围绕着它的裸金薄膜的环144。此金区进一步用于附着生物识别受体148。附着方法的一个示例是基于硫醇化学的方法。使用一种类似的受体附着方法将受体152附着于阵列150的底部上以及将受体162附着于阵列160中的洞的侧面上。
图12示出其中纳米柱由单个材料形成或包含不同或交替材料的复合结构的纳米柱(纳米岛)结构的几个示例。这些材料可以具有不同的介电特性。阵列170示出为具有多个岛172。阵列180示出为具有多个复合岛182。阵列190示出为具有多个复合岛192，这些复合岛包含多个具有不同介电特性的复合层194。可以使用电子束光刻来产生柱或岛。在此过程中，将辐射敏感薄膜或抗蚀剂置于扫描束电子显微镜的真空室中，并由电子束曝光。曝光之后，从真空室移走薄膜以进行常规显影和其他制作过程。此过程允许刻画出每个纳米柱的期望的形状并提供纳米级的分辨率。通过对不同薄膜层重复电子束图样化(曝光连同显影)步骤，以纳米精度形成多层结构。此过程可以用于纳米孔以及纳米柱。
图13示出生物功能化纳米岛阵列结构的几个示例。在一个实施例中，阵列200示出为具有在顶部和侧面以生物受体204功能化的多个纳米岛202。阵列210示出为具有在顶部和侧面以生物受体214功能化的多个复合纳米岛212。阵列220示出为具有在侧面以生物受体224功能化的复合纳米岛222。
所描述的这些增强部分提供自参考的能力。自参考是指校正由于例如温度、压力和光源强度偏移的环境条件中不受控制的变化所导致的光响应的方式。在基于检测以单个波长或以多个波长的光强度的光学测量中，光源强度的波动、检测器的灵敏度和传感器芯片的温度不稳定造成测量的信号中与分析物含量不相关而与这些和其他已知的噪声源相关的变化。
使用该方法和系统的增强，就能够对这些信号波动的来源进行补偿。一个备选方式是基于两个传感器芯片的使用，其中一个单独的芯片是利用传感薄膜制成。另一个单独的芯片不是利用传感薄膜制成。对两个芯片均执行测量，并使用来自参考芯片的信号校正与分析物结合不相关的非期望影响。但是，通过使用两个芯片，仍可能存在余留的问题要解决。这些芯片受到不同影响，因为它们是两块不同的芯片并暴露于样本流的两个不同状况或区域。因此，这些增强使单芯片能够执行传感和参考两者。例如，此类实施例的其中之一使用偏振干涉测量法，其中使用光的一个偏振作为参考，而使用另一个偏振来进行传感。
在一个或多个方法中，使用相同的芯片来进行两个测量，参考和传感。在单芯片上使用几个间隔紧密的区域来进行传感和参考。
传感和参考区域由纳米缝的阵列来定义，并对应于缝之间的不透明空间和缝本身。例如，缝之间的空间是参考区域，而功能化缝是传感区域。作为另一个示例，可以使用缝之间的功能化空间作为传感区域，以及使用缝作为参考区域。当使用具有缝阵列的单芯片来进行参考和传感时，可以使用自然偏振光或线性偏振光。用于传感和参考的线性偏振光具有相同或不同的偏振。
虽然本文仅图示并描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将设想到许多修改和更改。因此，要明白所附权利要求旨在涵盖落在本发明真正精神内的所有此类修改和更改。

Claims (40)

1.一种用于检测生物或生化分析物的方法，包括如下步骤：
提供包含一个或多个亚微粒结构的金属薄膜；
将一个或多个分析物敷设到所述薄膜表面的至少一部分以与所述金属薄膜相互作用；
以光源照射所述金属薄膜的表面，其中至少一些所述光被所述金属薄膜光学改变；
收集所述光学改变的光，其中所述偏置的光指示所述薄膜上的表面等离子共振；以及
基于所述收集的光来检测所述分析物的一个或多个特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述改变的光指示所述分析物的折射率。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述亚微粒结构包含具有5-1500nm直径的亚微粒孔。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述亚微粒结构包含具有5-1500nn开口的亚微粒孔。
5.如权利要求4所述的方法，其中多个所述孔具有200nm或更小的间距。
6.如权利要求5所述的方法，其中多个所述孔具有100nm或更小的间距。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述金属薄膜是介于40-320nm厚度的Au薄膜。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述亚微粒结构包含具有小于或等于100nm的直径的亚微粒孔。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述分析物包含荧光标记的生物或生化材料。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述亚微粒结构包含具有小于或等于100nm的至少一个维度的纳米柱。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述亚微粒结构包含具有小于或等于50nm的至少一个维度的纳米柱。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述分析物包含荧光标记的生物或生化材料。
13.如权利要求10所述的方法，其中一个或多个所述纳米柱包含多个复合层。
14.如权利要求13所述的方法，其中两个或更多个所述复合层具有彼此不同的介电特性。
15.如权利要求8所述的方法，其中多个所述亚微粒结构具有小于200nm的间距。
16.如权利要求14所述的方法，其中多个所述亚微粒结构具有小于100nm的间距。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述金属薄膜包含预定图样的亚微粒结构。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述金属薄膜设在基片上。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述基片包含石英。
20.一种用于检测生物或生化分析物的系统，包括：
具有包含一个或多个亚微粒结构的一个或多个表面的金属薄膜；
用于将一个或多个分析物敷设到所述薄膜表面的至少一部分以与所述金属薄膜相互作用的装置；
光源，用于照射所述金属薄膜的表面，以使至少一些所述光调适成被所述金属薄膜光学改变；以及
光学检测子系统，所述光学检测子系统用于收集所述光学偏置的光，其中所述偏置的光指示所述薄膜的一个或多个所述表面上的表面等离子共振，以及用于基于所述收集的光检测所述分析物的一个或多个特性。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述亚微粒结构包含具有小于或等于50nm的直径的纳米洞。
22.如权利要求21所述的系统，其中一个或多个所述纳米洞被Au环围绕。
23.如权利要求22所述的系统，其中一个或多个所述分析物位于所述环的至少一部分上。
24.如权利要求21所述的系统，其中一个或多个所述纳米洞具有包含Au的内表面，以及其中一个或多个识别受体设在所述Au内表面的至少一部分上。
25.如权利要求20所述的系统，其中所述薄膜包含未与一个或多个所述分析物相互作用的惰性层。
26.如权利要求20所述的系统，其中多个亚微粒结构具有小于或等于100nm的间距。
27.如权利要求20所述的系统，其中所述亚微粒结构包含具有小于或等于50nm的至少一个维度的纳米柱。
28.如权利要求27所述的系统，其中多个所述亚微粒结构具有小于或等于100nm的间距。
29.如权利要求27所述的系统，其中一个或多个所述纳米柱包含多个复合层，其中所述复合层具有彼此不同的介电特性。
30.一种调适用于分析生物和生化分析物的传感器，包括：
具有包含一个或多个亚微粒结构的一个或多个表面的金属薄膜，其中所述金属薄膜能够提供小于10-8RIU的折射率分辨率，以及其中所述金属薄膜具有表面等离子共振。
31.如权利要求30所述的传感器，其中利用一个或多个生物或生化分析物将所述金属薄膜功能化，以使所述分析物改变所述金属薄膜的一个或多个所述表面的所述表面等离子共振。
32.一种用于检测生物或生化分析物的方法，包括如下步骤：
提供包含一个或多个亚微粒结构的金属薄膜；
将一个或多个识别受体敷设到一个或多个所述亚微粒结构；
以光源照射所述金属薄膜的表面，其中至少一些所述光被所述金属薄膜光学改变；
收集所述光学改变的光，其中所述改变的光指示所述薄膜上的表面等离子共振；以及
基于所述收集的光来检测所述分析物的一个或多个特性。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述识别受体包括具有能够改变所述光的介电特性的标签亚微粒结构。
34.如权利要求32所述的方法，其中所述收集的光包括透射模式的、反射模式的或兼有透射模式和反射模式的光。
35.如权利要求32所述的方法，其中收集光的所述步骤包括收集选为包含至少一个等离子带的谱范围上的光；以及还包括使用多变量分析来分析一个或多个谱响应的步骤。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述多变量分析调适成改进所述检测。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述多变量分析包括分析共振峰值偏移、峰值强度、峰值加宽、峰值形状变化和峰值畸变。
38.如权利要求33所述的方法，其中所述标签包括金属亚微粒结构，以及其中所述金属是从如下组成的组中选择的：Au、Al、Ag、Ni、Pt、Pd、贵金属和在UV-VIS-IR谱范围中有等离子共振的金属。
39.如权利要求33所述的方法，其中所述标签包含介电亚微粒结构，以及其中所述介电亚微粒结构包含从SiO2和聚苯乙烯组成的组中选择的胶体粒子。
40.一种用于检测生物或生化分析物的方法，包括如下步骤：
提供包含多个亚微粒孔的金属薄膜，所述亚微粒孔包含具有至少一个开口的亚微粒缝；
将一个或多个识别受体附着在至少一个纳米缝的所述开口内以将所述缝功能化；
以光源照射所述金属薄膜的表面，其中所述光的至少一部分被所述功能化缝光学改变；
收集所述光学改变的光，其中所述改变的光指示一个或多个所述纳米缝上的等离子共振；以及
基于所述收集的光来检测所述分析物的一个或多个特性。
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