[发明专利]无变频三维阵列等离子共振传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器及传感技术领域，特别地，涉及一种无变频三维阵列等离子共振传感器的制备方法。

背景技术

表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是通过金属表面的自由电子与电磁波(光)的相互作用而产生的共振现象，利用该技术作为检测蛋白质等生物分子的相互作用的方法。1983年，瑞典科学家Liedberg首次将表面等离子体共振技术(SPR)用于IgG抗体和其抗原相互作用的测定。然后该技术很快渗透到基础生命科学研究中。SPR技术以其不需要对分子进行标记和耗样最少的优点成为一种成熟的测量生物分子间相互作用的方法。另外，药物筛选及其鉴定也是SPR技术应用的另一热点。与荧光检测方式相比，无须以荧光物质来标记样本，更为简便。

利用表面等离子共振(SPR)传感器检测待测介质的光学性质(比如介质厚度、折射率等)的细微变化，其核心部件为金属功能层，通过存在于金属功能层与待测介质之间的界面的表面等离子波(Surface Plasmon Wave,简称SPW)实现界面附近的探测。SPR传感器通常由金属功能层以及支撑该金属功能层的基底构成。基底需要采用透明、平滑材料以保证能够激发SPR现象且便于测量共振条件，基底材料还需要坚硬而且和金属有较强粘附力，以保证所构成的SPR传感器具有较长的使用寿命和长期稳定性。虽然SPR传感器检测灵敏，有望代替传统酶联免疫吸附测定技术(ELISA)。但是，实现其精准定位的外部光学装置较为笨重，由此在一定程度上限制其应用的普及。

1998年，Ebbesen等人在Nature上报道了刻有亚波长小孔阵列的金属膜结构的超透射现象(Extraordinary Optical Transmission，EOT)，特定波长的光透过金属二维孔阵列结构后，透射光强远大于按照经典物理光学理论计算的结果，并且也远大于按小孔所占金属表面的面积比例直接计算得到的结果。超透射现象是局域场增强的结果。基于超强光透射(EOT)的等离子体传感器可以使用非相干光源激发表面等离子体，用便携式光谱仪实现检测。但是，这些器件的灵敏性要比传统的SPR传感器低一个数量级。以前有报道报告了使用EOT器件进行强度相关检测，检测中表面分子偶联一般会造成透射强度的降低(吸收率的增加)。但是，这需要复杂的实验装置和数据的大量后处理来获得一致的结果，因为这些光谱特征也包括偏移，以及无参照区。

发明内容

本发明提供了一种无变频三维阵列等离子共振传感器、其制备方法及应用，解决了现有技术等离子共振传感器检测灵敏度有限，且装置大型不便于携带的技术问题，实现了超灵敏、免标记的生物分子检测，为实现早期发现疾病生物标记物的便携式医用生物传感器的开提供基础。

为实现上述目的，本发明提出了一种无变频三维阵列等离子共振传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备锥形纳米柱模具，在所述模具表面均匀分布对苯二甲酸乙二醇酯片材；

(2)在紫外光下进行固化，形成周期性纳米孔模式的对苯二甲酸乙二醇酯衬底；

(3)将模具内形成的衬底从模具中剥离出来，通过电子束蒸发法将金属沉积在所述衬底上表面，并在锥形纳米柱内表面形成第一金属层，通过射频溅射法在所述第一金属层上表面形成绝缘层，再通过电子束蒸发法将金属沉积于所述绝缘层上表面形成第二金属层，由此形成内嵌于所述锥形纳米柱衬底的纳米光学谐振腔。

优选的，所述步骤(3)中通过电子束蒸发法将钛金沉积在所述衬底上表面，在锥形纳米柱内表面形成第一金属层。

优选的，所述步骤(3)中通过射频溅射法将硫化镉或二氧化硅沉积于所述第一金属层上表面形成绝缘层。

优选的，所述步骤(3)中通过电子束蒸发法将金沉积于所述绝缘层上表面形成第二金属层。

优选的，所述衬底为锥形杯状，其空腔深度为250～1000nm，所述第一金属层厚度为20～120nm，绝缘层厚度为20nm，所述第二金属层厚度为20～120nm。

优选的，所述衬底的空腔深度为300nm，所述第一金属层厚度为90nm，绝缘层厚度为20nm，所述第二金属层厚度为90nm。

优选的，所述模具为在石英材料上通过光刻工艺制得锥形纳米柱模型。

优选的，所述固化时间为30秒至5分钟。

优选的，所述固化时间为2分钟。

有益效果：