[发明专利]表面等离子体共振芯片及应用该芯片的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测技术和传感器技术领域，尤其涉及一种表面等离子体共振芯片及应用该芯片的传感器。

背景技术

表面等离子体共振(Surface Plasma Resonance，简称SPR)传感器是一种基于表面消逝波敏感的生化检测与分析仪器，具有抗电磁干扰、免标记、原位实时等优点，在环境监测、食品安全与公共安全检测、临床医学、生物与生命科学、表面与界面科学等领域具有广泛应用需求。现有的SPR芯片常采用纯金或纯银薄膜制作而成。虽然纯金薄膜SPR芯片长期化学稳定性好，可是作为一次性使用的消耗品价格昂贵；纯银薄膜SPR芯片虽然比纯金薄膜SPR芯片灵敏度高且相对廉价，但是纯银薄膜容易被氧化，制作的芯片使用寿命短。为了改善传感器性能，以纯金薄膜和纯银薄膜交替淀积的多层膜SPR芯片已有报道[Biow Hiem Ong，Xiaocong Yuan，Swee Chuan Tjin，Bimetallic Silver-Gold Film Waveguide Surface Plasmon Resonance Sensor，Fiber and Integrated Optics，26(2007)229-240]，可是这种芯片结构复杂，制作工艺繁琐，不利于实际推广使用。目前还缺少一种制作简单、成本较低、灵敏度高且使用寿命长的SPR芯片。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种表面等离子体共振芯片及应用该芯片的传感器，以提供一种制作简单、成本较低、灵敏度高且使用寿命长的SPR芯片。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种表面等离子体共振芯片，包括：承载件；敏感膜，形成于承载件的一表面，其材料为金银合金。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种包括上述表面等离子体共振芯片的传感器，包括：棱镜耦合器；偏振光源，位于棱镜耦合器的第一侧面；光电探测器，位于棱镜耦合器的第二侧面；表面等离子体共振芯片，其中承载件为透明基板，透明基板未形成敏感膜的一侧通过耦合液与棱镜耦合器的底面紧密接触；其中，偏振光源产生线性偏振光以预设入射角入射棱镜耦合器的第一侧面，在表面等离子体共振芯片的玻璃基板与敏感膜界面处发生全反射，反射光从棱镜耦合器的第二侧面输出后被光电探测器接收。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种上述表面等离子体共振芯片的传感器，包括：棱镜耦合器；偏振光源，位于棱镜耦合器的第一侧面；光电探测器，位于棱镜耦合器的第二侧面；表面等离子体共振芯片，棱镜耦合器作为其承载件，敏感膜形成于棱镜耦合器的底面；其中，偏振光源产生线性偏振光以预设入射角入射棱镜耦合器的第一侧面，在棱镜耦合器的底面与敏感膜界面处发生全反射，反射光从棱镜耦合器的第二侧面输出后被光电探测器接收。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明表面等离子体共振芯片及应用该芯片的传感器具有以下有益效果：

1、由于本发明采用金银合金敏感膜代替了以往广泛采用的纯金薄膜，其成本大大降低；而且实验测试表明采用金银合金薄膜的SPR传感器比采用纯金薄膜的SPR传感器灵敏度更高；

2、相比与纯金薄膜和纯银薄膜交替淀积的多层膜SPR芯片，本发明SPR芯片采用一次沉积过程即可完成，其制作方式简单；

3、本发明SPR芯片中，其表层的金银合金敏感膜经过处理形成多孔金结构，表层具有多孔结构的SPR芯片比表层不含多孔结构的SPR芯片的灵敏度更高；

4、本发明SPR芯片中，通过硫醇、抗体、有机聚合物等生化材料在SPR芯片表面进行修饰，可以实现对特定分子高灵敏度辨识；

5、本发明的SPR芯片，可以应用于棱镜耦合、光栅耦合、光纤消逝场耦合、光纤端面耦合、光波导耦合等多种模式下，灵活性高，适用性强，并且，经过实验证明，本发明的SPR芯片的稳定性好，寿命长。

附图说明

图1为本发明实施例金银合金敏感膜SPR芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例具有表面多孔结构的金银合金敏感膜SPR芯片的结构示意图；

图3为本发明实施例具有表面分子修饰层的金银合金敏感膜的SPR芯片的结构示意图；

图4为本发明实施例基于棱镜耦合模式的SPR传感器的结构示意图，其中，图4A中棱镜为直角棱镜，图4B中棱镜为半圆柱棱镜或半球形棱镜；

图5为本发明实施例基于光栅耦合模式的SPR传感器的结构示意图；