一種新型表面等離激元共振生物傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實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、生物技術科學領域。
【背景技術】
[0002]近年來，對金屬表面等離激元(SPP)的研究取得了長足的進展。SPP是指由外部電磁場(如光波)誘導金屬微納結構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的作用效果，在生物傳感領域應用十分廣泛，已成為人們分析物質濃度的強有力的技術手段。本實用新型提出了一種新型的SPR傳感技術，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。
【發明內容】
[0003]本實用新型需要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種靈敏度高、應用范圍廣泛、價格經濟的一種新型表面等離激元共振生物傳感器。
[0004]本實用新型的技術解決方案是:
[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，且相對于入射光為低損耗，優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倍入射波長之間。
所述石墨稀(4)層數為1?8層。
[0011 ]本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0012]1.超高的靈敏度。本實用新型設計的SPR生物傳感器與傳統的生物傳感器相比靈敏度提高將近1個量級。
[0013]2.待測物質檢測范圍種類廣。本生物傳感器克服待測樣品物態受限的缺點，既能進行液態檢測又可進行氣態檢測，應用范圍廣。
[0014]3.使用壽命長。石墨烯具有很強的抗氧化能力，可保護金屬層不被氧化和腐蝕，增長傳感器的使用壽命。
[0015]4.操作波長寬。本實用新型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行檢測。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0017]圖2表面等離激元共振峰；
[0018]圖3測試樣品的共振峰移動。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0020]如圖1所示，本實用新型由棱鏡(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，為入射波長700nm所用的表面等離激元共振傳感器。
[0021 ]當用TM偏振的700nm激光光源入射時，經過棱鏡(1)折射后到達納米顆粒陣列
(2)。當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)的界面處產生消逝波，該消逝波將激發表面等離激元共振模式。當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，當被石墨烯(4)吸附的樣品折射率改變時，共振峰位置將發生改變，實現對樣品的檢測，如圖3所示。石墨烯(4)介電常數具有較大的虛部，在可見光波段比Ag要大一個數量級。這會導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)調節膜系的等效介電常數，厚度介于10nm與0.25倍入射波長之間。
[0022]本實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.采用化學氣相沉積法(CVD)生長石墨烯，厚度為0.34nm~2.72nm；e.清洗、烘干，完成制作。
【主權項】
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.根據權利要求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，且相對于入射光為低損耗。3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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倍入射波長之間。6.根據權利要求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。本實用新型既利用了納米顆粒陣列激發SPP的靈敏特性，又利用了石墨烯自身的幾何結構特點加強了對待測分子的吸附，同時也起到了保護金屬不被氧化的作用，實現了提高了生物傳感器靈敏度和準確度的目的。
【IPC分類】G01N21/552
【公開號】CN205120588
【申請號】CN201520394515
【發明人】石建平, 查射曦, 米佳佳, 趙小童, 黃萬霞
【申請人】安徽師范大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年6月9日