[实用新型]一种新型表面等离激元共振生物传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型表面等离激元共振生物传感器，属于纳米技术、生物技术科学领域。

背景技术

近年来，对金属表面等离激元（SPP）的研究取得了长足的进展。SPP是指由外部电磁场(如光波)诱导金属微纳结构表面自由电子的集体振荡,它具有一个突出特点就是可以实现表面等离激元共振（SurfacePlasmonResonance，SPR），共振时局部电场可以增大上千倍。因此可以极大的提高电场与物质的作用效果，在生物传感领域应用十分广泛，已成为人们分析物质浓度的强有力的技术手段。本实用新型提出了一种新型的SPR传感技术，采用纳米球外覆金属薄膜作为传感单元，并用石墨烯封装，具有灵敏性高和适用范围广的特点。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种灵敏度高、应用范围广泛、价格经济的一种新型表面等离激元共振生物传感器。

本实用新型的技术解决方案是：

一种新型表面等离激元共振生物传感器，由棱镜（1）、纳米颗粒阵列（2）、二氧化硅薄膜（3）、石墨烯（4）以及样品池（5）组成，纳米颗粒阵列（2）位于棱镜（1）的下表面，二氧化硅薄膜（3）覆盖在纳米颗粒阵列（2）上，石墨烯（4）覆盖在二氧化硅薄膜（3）上,棱镜（1）为高折射率材料，纳米颗粒阵列（2）由聚苯乙烯纳米球（6）外覆金属薄膜（7）组成。

所述的棱镜（1）为折射率大于二氧化硅薄膜（3）的材料，且相对于入射光为低损耗，优选为重火石玻璃或硒基氧硫玻璃或硅。

所述聚苯乙烯纳米球（6）直径为50nm~80nm，单层紧邻排布。

所述金属薄膜（7）材料为金或银或铝，厚度为10nm~80nm。

所述二氧化硅薄膜（3）厚度介于10nm与0.25倍入射波长之间。

所述石墨烯（4）层数为1~8层。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.超高的灵敏度。本实用新型设计的SPR生物传感器与传统的生物传感器相比灵敏度提高将近1个量级。

2.待测物质检测范围种类广。本生物传感器克服待测样品物态受限的缺点，既能进行液态检测又可进行气态检测，应用范围广。

3.使用寿命长。石墨烯具有很强的抗氧化能力，可保护金属层不被氧化和腐蚀，增长传感器的使用寿命。

4.操作波长宽。本实用新型选用的棱镜材料具有较宽的操作波长，可以在不同波段对样品进行检测。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2表面等离激元共振峰；

图3测试样品的共振峰移动。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型由棱镜（1）、纳米颗粒阵列（2）、二氧化硅薄膜（3）、石墨烯（4）以及样品池（5）组成，纳米颗粒阵列（2）位于棱镜（1）的下表面，二氧化硅薄膜（3）覆盖在纳米颗粒阵列（2）上，石墨烯（4）覆盖在二氧化硅薄膜（3）上。当棱镜（1）为重火石玻璃，金属薄膜（7）为银，厚度h为10nm，二氧化硅薄膜（3）厚度为25nm，石墨烯（4）厚度为0.34nm时，为入射波长700nm所用的表面等离激元共振传感器。

当用TM偏振的700nm激光光源入射时，经过棱镜（1）折射后到达纳米颗粒阵列（2）。当入射角度大于全反射临界角后，在棱镜（1）和纳米颗粒阵列（2）的界面处产生消逝波，该消逝波将激发表面等离激元共振模式。当覆盖于聚苯乙烯纳米球（6）上的金属薄膜（7）厚度h为10nm~80nm时，可以显著增强这种共振模式，其作用类似于纳米球壳。共振发生时，局部电场增大，入射光被吸收,使反射光能量急剧下降,在反射光谱上出现表面等离激元共振峰，如图2所示。该共振峰对样品折射率的改变十分敏感，当被石墨烯（4）吸附的样品折射率改变时，共振峰位置将发生改变，实现对样品的检测，如图3所示。石墨烯（4）介电常数具有较大的虚部，在可见光波段比Ag要大一个数量级。这会导致表面等离激元共振时损耗增大，引起共振峰变宽，使得传感器的准确度降低。在金属薄膜（7）与石墨烯（4）之间添加二氧化硅薄膜（3）调节膜系的等效介电常数，厚度介于10nm与0.25倍入射波长之间。

本实用新型的具体制作步骤如下：

a.将聚苯乙烯纳米球分散液均匀涂覆在棱镜下表面，形成紧邻的单层纳米球阵列；b.真空环境下采用磁控溅射在棱镜下表面的纳米球阵列上镀金属薄膜，厚度为10nm~80nm；c.采用液相沉积技术法(LPD)在金属银或铝膜上生长二氧化硅薄膜，膜厚为10nm~0.25倍入射波长；d.采用化学气相沉积法（CVD）生长石墨烯，厚度为0.34nm~2.72nm；e.清洗、烘干，完成制作。