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]本實(shí)用新型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(lái)，對(duì)金屬表面等離激元(SPP)的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。SPP是指由外部電磁場(chǎng)(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(gè)突出特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)表面等離激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)，共振時(shí)局部電場(chǎng)可以增大上千倍。因此可以極大的提高電場(chǎng)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(qiáng)有力的技術(shù)手段。本實(shí)用新型提出了一種新型的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(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問(wèn)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(jià)格經(jīng)濟(jì)的一種新型表面等離激元共振生物傳感器。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0005]—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，棱鏡(1)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。
[0006]所述的棱鏡(1)為折射率大于二氧化硅薄膜(3)的材料，且相對(duì)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。
[0007 ] 所述聚苯乙稀納米球(6)直徑為50nm?80nm，單層緊鄰排布。
[0008]所述金屬薄膜(7)材料為金或銀或招，厚度為10nm?80nm。
[0009]所述二氧化娃薄膜(3)厚度介于10nm與0.25倍入射波長(zhǎng)之間。
所述石墨稀(4)層數(shù)為1?8層。
[0011 ]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1.超高的靈敏度。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)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1個(gè)量級(jí)。
[0013]2.待測(cè)物質(zhì)檢測(cè)范圍種類廣。本生物傳感器克服待測(cè)樣品物態(tài)受限的缺點(diǎn)，既能進(jìn)行液態(tài)檢測(cè)又可進(jìn)行氣態(tài)檢測(cè)，應(yīng)用范圍廣。
[0014]3.使用壽命長(zhǎng)。石墨烯具有很強(qiáng)的抗氧化能力，可保護(hù)金屬層不被氧化和腐蝕，增長(zhǎng)傳感器的使用壽命。
[0015]4.操作波長(zhǎng)寬。本實(shí)用新型選用的棱鏡材料具有較寬的操作波長(zhǎng)，可以在不同波段對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2表面等離激元共振峰；
[0018]圖3測(cè)試樣品的共振峰移動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型由棱鏡(丨)、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。當(dāng)棱鏡(1)為重火石玻璃，金屬薄膜(7)為銀，厚度h為10nm，二氧化硅薄膜(3)厚度為25醒，石墨烯(4)厚度為0.34nm時(shí)，為入射波長(zhǎng)700nm所用的表面等離激元共振傳感器。
[0021 ]當(dāng)用TM偏振的700nm激光光源入射時(shí)，經(jīng)過(guò)棱鏡(1)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(1)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(shí)，可以顯著增強(qiáng)這種共振模式，其作用類似于納米球殼。共振發(fā)生時(shí)，局部電場(chǎng)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(duì)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(shí)，共振峰位置將發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的檢測(cè)，如圖3所示。石墨烯(4)介電常數(shù)具有較大的虛部，在可見(jiàn)光波段比Ag要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。這會(huì)導(dǎo)致表面等離激元共振時(shí)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10nm與0.25倍入射波長(zhǎng)之間。
[0022]本實(shí)用新型的具體制作步驟如下:
[0023]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)境下采用磁控濺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(zhǎng)二氧化硅薄膜，膜厚為10nm?
0.25倍入射波長(zhǎng)；d.采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長(zhǎng)石墨烯，厚度為0.34nm~2.72nm；e.清洗、烘干，完成制作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一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。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(1)為折射率大于二氧化硅薄膜(3)的材料，且相對(duì)于入射光為低損耗。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，材料為金或銀或招ο5.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:所述二氧化硅薄膜(3)厚度介于10nm與0.25倍入射波長(zhǎng)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1?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。本實(shí)用新型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(diǎn)加強(qiáng)了對(duì)待測(cè)分子的吸附，同時(shí)也起到了保護(hù)金屬不被氧化的作用，實(shí)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(kāi)號(hào)】CN205120588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520394515
【發(fā)明人】石建平, 查射曦, 米佳佳, 趙小童, 黃萬(wàn)霞
【申請(qǐng)人】安徽師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日