Advanced three-dimensional lab-on-a-chip architectures for integrated surface-enhanced Raman spectroscopy (LoC-SERS)
用于集成表面增强拉曼光谱 (LoC-SERS) 的先进三维芯片实验室架构
基本信息
- 批准号:287236955
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2016
- 资助国家:德国
- 起止时间:2015-12-31 至 2021-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Lab-on-a-chip surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a very promising method for sensitive biochemical detection of low-concentrated analyte in water. However, two issues should be addressed. First, low-cost fabrication of on-chip-integrated SERS nanostructures with high reproducibility in enhancement factor is still vacant. Second, an on-chip-integrated laser excitation source, especially a spectrally tunable laser source, is still missing for this application. This proposal suggests an interdisciplinary approach, combining micro-/nano-systems engineering and nanophotonics for surface-enhanced Raman spectroscopy applications. The main objective of the project is the technical realization of a Raman-on-chip optofluidic platform with integrated organic semiconductor lasers. Furthermore we aim at a fundamental understanding and an optimization of localized surface plasmon resonances (LSPR) for SERS applications using low-cost metal-organic hybrid nanostructure arrays. Our work will mainly address the following issues: 1.) Using laser-assisted hot embossing, the process for defining periodic nanopatterns into polymeric substrate will be explored. The Raman enhancement factor of metal-organic hybrid nano-patterns will be experimentally characterized on non-integrated SERS substrates. 2.) Periodic nanopatterns in various geometries will be investigated using finite-difference-time-domain (FDTD) modeling simulations, aiming to improve the SERS enhancement factor at different excitation wavelengths for biochemical analysis. A close feedback loop with the experimental work will be maintained. 3.) The optimized nanopatterns will be integrated into the microfluidic channels on a polymeric chip. As a further step of integration, organic semiconductor distributed feedback (DFB) lasers will be introduced onto the chip using a combination of laser-assisted replication and ink-jet printing. The SERS chip will be finalized after the encapsulation with a polymeric lid, which will be achieved by laser transmission welding. 4.) SERS excitation using an organic DFB laser will be realized in the first way by introducing external optical elements, e.g., commercial available off-axis parabolic mirrors. In the second way, a functional polymeric lid which comprises integrated optical components is to achieve a perpendicular laser excitation on SERS-analysis fields. The geometry and tolerance of integrated mirrors will be investigated using systematic optics design. The encapsulation process will be achieved by laser transmission welding with high precision in positioning. 5.) Finally we will perform first biochemical tests based our fabricated SERS-nanopatterns and LOC-SERS chips. Therefore we aim at demonstrating on-site inline water quality monitoring and moreover biomedical diagnostics of cancer-specific mutations in the oncogene of the peptide.
实验室芯片表面增强的拉曼光谱法(SER)是一种非常有前途的方法,用于敏感的生化检测水中低浓缩分析物。但是,应解决两个问题。首先,在增强因子方面具有高可重现性的片上集成的SERS纳米结构的低成本制造仍然是空置的。其次,该应用程序仍缺少芯片上积分激光激发源,尤其是可调激光源。该提案提出了一种跨学科方法,将微/纳米系统工程和纳米素化学结合在一起,用于表面增强的拉曼光谱应用。该项目的主要目的是具有集成有机半导体激光器的拉曼芯片片元平台的技术实现。此外,我们旨在使用低成本金属有机混合纳米结构阵列对局部表面等离子体共振(LSPR)的局部表面等离子体共振(LSPR)进行优化。我们的工作将主要解决以下问题:1。)使用激光辅助热压花,将探索将定期纳米模式定义为聚合物基板的过程。金属有机杂化纳米模式的拉曼增强因子将在非集成的SERS底物上进行实验表征。 2.)将使用有限差异时间域(FDTD)建模模拟研究各种几何形式的周期性纳米图案,旨在在不同的激发波长下改善SERS增强因子以进行生物化学分析。将维护实验工作的密切反馈循环。 3.)优化的纳米模式将集成到聚合物芯片上的微流体通道中。作为集成的另一个步骤,有机半导体分布式反馈(DFB)激光器将使用激光辅助复制和喷墨打印的组合将其引入芯片上。 SERS芯片将在用聚合物盖封装后最终确定,这将通过激光传输焊接实现。 4.)使用有机DFB激光器进行SERS激发,将通过引入外部光学元素(例如,商业可用的轴心抛物线镜)来实现。在第二个方面,包含集成光学成分的功能性聚合物盖是在SERS-分析场上实现垂直激光激发。集成镜的几何形状和耐受性将使用系统的光学设计进行研究。封装过程将通过激光传输焊接在位置高精度来实现。 5.)最后,我们将基于制造的SERS-Nanopattern和Loc-sers芯片进行首次生化测试。因此,我们旨在证明肽癌中癌症特异性突变的现场直列水质监测和生物医学诊断。
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rolle-zu-Rolle-Herstellung von mikrofluidischen Analysesystemen basierend auf der oberflächenverstärkten Ramanspektroskopie
基于表面增强拉曼光谱的微流体分析系统的卷对卷制造
- DOI:10.5445/ir/1000094396
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Anne Habermehl
- 通讯作者:Anne Habermehl
Comparing roll-to-roll and laser-assisted hot embossing for micro- and nanofabrication
- DOI:10.1117/12.2321187
- 发表时间:2018-09
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:A. Habermehl;J. Rakebrandt;P. Brenner;Robert Huber;A. Mertens;M. Guttmann;F. Winkler;Wilhelm Pfleging;C. Eschenbaum;U. Lemmer
- 通讯作者:A. Habermehl;J. Rakebrandt;P. Brenner;Robert Huber;A. Mertens;M. Guttmann;F. Winkler;Wilhelm Pfleging;C. Eschenbaum;U. Lemmer
Fabrication of SERS Substrates by Roll-to-Roll Hot Embossing
通过卷对卷热压印制造 SERS 基底
- DOI:10.1007/978-94-024-0850-8_55
- 发表时间:2018
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Habermehl A;Eschenbaum C;Lemmer U.
- 通讯作者:Lemmer U.
Microfluidic surface-enhanced Raman analysis systems by aerosol jet printing: Towards low-cost integrated sensor systems
通过气溶胶喷射印刷的微流控表面增强拉曼分析系统:迈向低成本集成传感器系统
- DOI:10.1109/icsens.2017.8234346
- 发表时间:2017
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:A. Habermehl;R. Eckstein;N. Strobel;N. Bolse;G. Hernandez-Sosa;A. Mertens;C. Eschenbaum;U. Lemmer
- 通讯作者:U. Lemmer
Laser-assisted surface processing for functionalization of polymers on micro- and nano-scale
- DOI:10.1007/s00542-019-04633-7
- 发表时间:2020-04
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Jan-Hendric Rakebrandt-;Yijing Zheng;H. Besser;T. Scharnweber;H. Seifert;Wilhelm Pfleging
- 通讯作者:Jan-Hendric Rakebrandt-;Yijing Zheng;H. Besser;T. Scharnweber;H. Seifert;Wilhelm Pfleging
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Dr. Markus Guttmann其他文献
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