一種新型表面等離激元共振生物傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型表面等離激元共振生物傳感器，屬于納米技術(shù)、生物技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對金屬表面等離激元(SPP)的研究取得了長足的進(jìn)展。SPP是指由外部電磁場(如光波)誘導(dǎo)金屬微納結(jié)構(gòu)表面自由電子的集體振蕩，它具有一個突出特點就是可以實現(xiàn)表面等離激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)，共振時局部電場可以增大上千倍。因此可以極大的提高電場與物質(zhì)的作用效果，在生物傳感領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，已成為人們分析物質(zhì)濃度的強有力的技術(shù)手段。本發(fā)明提出了一種新型的SPR傳感技術(shù)，采用納米球外覆金屬薄膜作為傳感單元，并用石墨烯封裝，具有靈敏性高和適用范圍廣的特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種靈敏度高、應(yīng)用范圍廣泛、價格經(jīng)濟(jì)的一種新型表面等離激元共振生物傳感器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種新型表面等離激元共振生物傳感器，由棱鏡(I)、納米顆粒陣列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯(4)以及樣品池(5)組成，納米顆粒陣列(2)位于棱鏡(I)的下表面，二氧化硅薄膜(3 )覆蓋在納米顆粒陣列(2 )上，石墨烯(4)覆蓋在二氧化硅薄膜(3 )上，棱鏡(I)為高折射率材料，納米顆粒陣列(2)由聚苯乙稀納米球(6)外覆金屬薄膜(7)組成。
[0005]所述的棱鏡(I)為折射率大于二氧化硅薄膜(3)的材料，且相對于入射光為低損耗，優(yōu)選為重火石玻璃或砸基氧硫玻璃或硅。
[0006]所述聚苯乙稀納米球(6)直徑為50nm?80nm，單層緊鄰排布。
[0007]所述金屬薄膜(7)材料為金或銀或招，厚度為10nm~80nm。
[0008]所述二氧化娃薄膜(3)厚度介于1nm與0.25倍入射波長之間。
[0009]所述石墨稀(4)層數(shù)為I?8層。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
1.超高的靈敏度。本發(fā)明設(shè)計的SPR生物傳感器與傳統(tǒng)的生物傳感器相比靈敏度提高將近I個量級。
[0011]2.待測物質(zhì)檢測范圍種類廣。本生物傳感器克服待測樣品物態(tài)受限的缺點，既能進(jìn)行液態(tài)檢測又可進(jìn)行氣態(tài)檢測，應(yīng)用范圍廣。
[0012]3.使用壽命長。石墨烯具有很強的抗氧化能力，可保護(hù)金屬層不被氧化和腐蝕，增長傳感器的使用壽命。
[0013]操作波長寬。本發(fā)明選用的棱鏡材料具有較寬的操作波長，可以在不同波段對樣品進(jìn)彳丁檢測。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2表面等離激元共振峰；
圖3測試樣品的共振峰移動。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明由棱鏡(1)、納米顆粒陣列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯(4)以及樣品池(5)組成，納米顆粒陣列(2)位于棱鏡(I)的下表面，二氧化硅薄膜(3)覆蓋在納米顆粒陣列(2)上，石墨烯(4)覆蓋在二氧化硅薄膜(3)上。當(dāng)棱鏡(I)為重火石玻璃，金屬薄膜(7)為銀，厚度h為10nm，二氧化娃薄膜(3)厚度為25nm，石墨稀(4)厚度為0.34nm時，為入射波長700nm所用的表面等離激元共振傳感器。
[0017]當(dāng)用TM偏振的700nm激光光源入射時，經(jīng)過棱鏡(I)折射后到達(dá)納米顆粒陣列
(2)。當(dāng)入射角度大于全反射臨界角后，在棱鏡(I)和納米顆粒陣列(2)的界面處產(chǎn)生消逝波，該消逝波將激發(fā)表面等離激元共振模式。當(dāng)覆蓋于聚苯乙烯納米球(6)上的金屬薄膜
(7)厚度h為10nm~80nm時，可以顯著增強這種共振模式，其作用類似于納米球殼。共振發(fā)生時，局部電場增大，入射光被吸收，使反射光能量急劇下降，在反射光譜上出現(xiàn)表面等離激元共振峰，如圖2所示。該共振峰對樣品折射率的改變十分敏感，當(dāng)被石墨烯(4)吸附的樣品折射率改變時，共振峰位置將發(fā)生改變，實現(xiàn)對樣品的檢測，如圖3所示。石墨烯(4)介電常數(shù)具有較大的虛部，在可見光波段比Ag要大一個數(shù)量級。這會導(dǎo)致表面等離激元共振時損耗增大，引起共振峰變寬，使得傳感器的準(zhǔn)確度降低。在金屬薄膜(7)與石墨烯(4)之間添加二氧化硅薄膜(3)調(diào)節(jié)膜系的等效介電常數(shù)，厚度介于1nm與0.25倍入射波長之間。
[0018]本發(fā)明的具體制作步驟如下:
a.將聚苯乙烯納米球分散液均勻涂覆在棱鏡下表面，形成緊鄰的單層納米球陣列；b.真空環(huán)境下采用磁控派射在棱鏡下表面的納米球陣列上鍍金屬薄膜，厚度為10nm~80nm ；c.采用液相沉積技術(shù)法(LPD)在金屬銀或鋁膜上生長二氧化硅薄膜，膜厚為10nm~0.25倍入射波長；d.采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長石墨稀，厚度為0.34nm~2.72nm ;e.清洗、烘干，完成制作。
【主權(quán)項】
1.一種新型表面等離激元共振生物傳感器，由棱鏡(I)、納米顆粒陣列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯(4)以及樣品池(5)組成，納米顆粒陣列(2)位于棱鏡(I)的下表面，二氧化硅薄膜(3)覆蓋在納米顆粒陣列(2)上，石墨烯(4)覆蓋在二氧化硅薄膜(3)上，其特征在于:棱鏡(I)為高折射率材料，納米顆粒陣列(2)由聚苯乙稀納米球(6)外覆金屬薄膜(7)組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型表面等離激元共振生物傳感器，其特征在于:所述的棱鏡(I)為折射率大于二氧化硅薄膜(3)的材料，且相對于入射光為低損耗，優(yōu)選為重火石玻璃或砸基氧硫玻璃或硅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型表面等離激元共振生物傳感器，其特征在于:所述聚苯乙稀納米球(6 )直徑為50nm?80nm，單層緊鄰排布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型表面等離激元共振生物傳感器，其特征在于:所述金屬薄膜(7)覆蓋在聚苯乙稀納米球(6)上，距離納米球頂部厚度h為10nm~80nm，材料為金或辛艮或招。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型表面等離激元共振生物傳感器，其特征在于:所述二氧化娃薄膜(3)厚度介于1nm與0.25倍入射波長之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型表面等離激元共振生物傳感器，其特征在于:所述石墨烯(4)層數(shù)為I?8層。
【專利摘要】一種新型表面等離激元共振生物傳感器，由棱鏡（1）、納米顆粒陣列（2）、二氧化硅薄膜（3）、石墨烯（4）以及樣品池（5）組成，納米顆粒陣列（2）位于棱鏡（1）的下表面，二氧化硅薄膜（3）覆蓋在納米顆粒陣列（2）上，石墨烯（4）覆蓋在二氧化硅薄膜（3）上，其特征在于：棱鏡（1）為高折射率材料，納米顆粒陣列（2）由聚苯乙烯納米球（6）外覆金屬薄膜（7）組成。本發(fā)明屬于納米科學(xué)領(lǐng)域，利用SPR原理在金屬的下表面激發(fā)SPP，樣品折射率的微小改變能夠影響共振曲線，改變共振角。反之，由探測得到的共振角即可推出樣品的折射率，進(jìn)而可準(zhǔn)確地獲得待測物質(zhì)的濃度。本發(fā)明既利用了納米顆粒陣列激發(fā)SPP的靈敏特性，又利用了石墨烯自身的幾何結(jié)構(gòu)特點加強了對待測分子的吸附，同時也起到了保護(hù)金屬不被氧化的作用，實現(xiàn)了提高了生物傳感器靈敏度和準(zhǔn)確度的目的。
【IPC分類】G01N21/552
【公開號】CN105004698
【申請?zhí)枴緾N201510313359
【發(fā)明人】石建平, 查射曦, 米佳佳, 趙小童, 黃萬霞
【申請人】安徽師范大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月9日