[发明专利]一种纳米金/二氧化硅核壳材料表面增强荧光爆炸物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别涉及一种纳米金/二氧化硅核壳材料表面增强荧光爆炸物传感器。

背景技术

    随着国际恐怖主义势力的增长，极端分子在世界各地制造了一系列恶性爆炸事件，这些事件对人类的生存安全构成了极大的威胁，因此如何检测藏

匿于行李、邮件、车辆、飞机以及疑犯身体上的爆炸物已成为各国执法机关共同面对的问题。

爆炸物的检测技术可分为体探测技术和微痕量检测技术。

爆炸物的体探检测技术存在价格昂贵、灵敏度低、设备体积大等缺点，因而在应用方面存在局限性。

爆炸物的微痕量检测技术主要是对爆炸物挥发出的蒸汽和对粘附于爆炸物容器表面以及任何接触过爆炸物的物(包括人体)表面所残留的微痕量爆炸物进行检测的技术。

目前，可用于对微痕量爆炸物进行检测的技术主要是各种波谱技术、基于荧光猝灭原理的传感技术以及生物传感技术等。波谱检测方法主要有气相色谱法(GC)、质谱法(MS)和离子迁移法(IMS)等。目前，这些微痕量检测技术都还处在不断探索和发展中。就开发前景而言，荧光猝灭爆炸物传感器具有检测速度快、检测灵敏度高、稳定性好、传感器成本低、体积小、操作简便等优点，被认为是目前爆炸物痕量检测、探测方面最好的技术之一。

纳米金增强荧光爆炸物传感器基于荧光猝灭原理，纳米金材料有着特异的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在电学、磁学、光学和化学性质方面呈现出常规材料不具备的优越性能。因此，在催化、电子材料、微器件、增强材料和传感器材料方面有着广阔的应用前景。纳米金用于光学和电化学传感时，由于具有良好的光学和电子学特性，能对检测起到信号增强和放大的作用，因此可以提高检测的灵敏度。纳米金粒子的表面等离子体共振可以极大地增强粒子周围的电磁场，这种局域场可以改变吸附于其表面及周围荧光体的自由空间的条件，使荧光体的荧光得到增强，这种现象称为纳米金表面增强荧光效应。该效应具有增加荧光量子产率、增加Forster距离、提高光稳定性等特点。作为新一代生物检测、标记及荧光化学传感器的开发技术成为人们研究的热点。

目前基于荧光猝灭原理的微痕量爆炸物传感器的主要技术难题是荧光指示剂的荧光强度较弱，从而增加了探测荧光信号的难度，并且使系统的灵敏度和检测下限降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的技术问题而提供一种纳米金/二氧化硅核壳材料表面增强荧光爆炸物传感器，即采用纳米金表面增强荧光效应来提高荧光指示剂的荧光强度，进而可以提高系统的灵敏度和检测下限。

本发明的技术原理

利用具有高灵敏度的纳米金表面增强荧光效应来测量硝基芳烃类爆炸物的浓度，荧光指示剂采用2-甲氧基-5-(2′-乙基己氧基)-1,4-对苯乙炔（MEH-PPV）。当硝基芳烃类爆炸物浓度变化时，指示剂MEH-PPV敏感材料的荧光强度、荧光寿命等基本光物理性质发生改变，通过检测荧光强度或者荧光寿命来确定硝基芳烃类爆炸物的浓度，向敏感材料中引入纳米金/二氧化硅核壳材料粒子，利用纳米金/二氧化硅核壳材料表面增强荧光效应提高荧光指示剂的荧光效率，进而提高检测的灵敏度。

本发明的技术方案

一种利用纳米金/二氧化硅核壳材料表面增强荧光的检测硝基芳烃类爆炸物传感器，包括发光二极管端面耦合塑料光纤传感器头、气室、高通滤光片、光电倍增管，其中所述的发光二极管端面耦合塑料光纤传感器头包括发光二极管、带通滤光片及表面涂有含纳米金/二氧化硅核壳材料和荧光指示剂MEH-PPV敏感材料的塑料光纤传感头；

其中发光二极管端面耦合的塑料光纤传感器头中的发光二极管发出的光经端面耦合到表面涂有含纳米金/二氧化硅核壳材料和荧光指示剂MEH-PPV敏感材料的塑料光纤传感器头上，为了消除发光二极管发出的光对荧光探测的影响，在发光二极管前加一带通滤光片,表面涂有含纳米金/二氧化硅核壳材料和荧光指示剂MEH-PPV敏感材料的塑料光纤传感头放在气室中，采用光电倍增管接收荧光，在光电倍增管之前放置一个截至波长为510nm的高通滤光片以滤掉激发光；

所述的带通滤光片的中心波长为470nm,带宽为20nm。

一种利用纳米金/二氧化硅核壳材料表面增强荧光的检测硝基芳烃类爆炸物传感器及其制备方法，包括如下步骤：

（1）、塑料光纤的预处理

将塑料光纤用刀片将中间部分剥去约2cm长的护套，然后将剥去护套的光纤用酒精棉球擦干净，将剥去护套的光纤弯成U形；

（2）、配制含有纳米金和荧光指示剂MEH-PPV敏感材料的溶胶-凝胶溶液：