[发明专利]调谐长程SPR器件及利用该器件检测折射率的方法

权利要求书

1.调谐长程SPR器件，其特征在于，其包括激光器、透镜、棱镜、LRSPR传感芯片、检测介质层、单元光电探测器、可调电压输出装置和数据处理系统；LRSPR传感芯片依次包括制备于棱镜底面上的氧化物导电层、外场调制介质层、缓冲介质层、金属功能层、表面修饰层和样品池；可调电压输出装置由数据处理系统控制；

样品池用于盛放检测介质层，且样品池设置于表面修饰层的下表面处，其与样品池之间留有一间隙；检测介质层的液面与表面修饰层的下表面接触。

2.如权利要求1所述的调谐长程SPR器件，其特征在于，棱镜的底部表面设置有玻璃基底，玻璃基底和棱镜的折射率相同，且二者之间的缝隙用折射率相同的匹配层填充。

3.如权利要求2所述的调谐长程SPR器件，其特征在于，外场调制介质层采用具有电光效应的高分子材料制成，其厚度为1000nm；缓冲介质层采用氟化镁制成，其厚度为2000nm；金属功能层的厚度为20nm；表面修饰层为11-巯基十一酸的单分子自组装层SAM，其厚度为10nm；样品池采用聚二甲基硅氧烷制成。

4.如权利要求3所述的调谐长程SPR器件，其特征在于，棱镜、外场调制介质层、缓冲介质层、金属功能层、表面修饰层、检测介质层均采用长程表面等离子共振LRSPR结构。

5.如权利要求4所述的调谐长程SPR器件，其特征在于，调谐长程SPR器件进一步设有偏振片。

6.利用如权利要求1-5中任一项所述的调谐长程SPR器件检测折射率的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(S01)测量开始前，调节LRSPR传感芯片直到入射角度为LRSPR共振角度，形成LRSPR结构，单元光电探测器接收从LRSPR结构反射的光束；

(S02)标定步骤：在LRSPR传感芯片中的样品池中通入折射率已知的标准物；将可调电压输出装置的电压输出端和氧化物导电层、金属功能层连接，输出电压为0V，激光器输出光束经过镜准直后入射棱镜与氧化物导电层的界面，并在此界面反射进入单元光电探测器，单元光电探测器的信号输入数据处理系统，计算并记录信号的最小值；

(S03)测量步骤：在LRSPR传感芯片中的样品池中通入检测物介质层，LRSPR传感器的其余部件的位置均保持不变；由于检测物介质层的折射率相对于标准物发生了变化，LRSPR共振角度产生偏移，单元光电探测器接收棱镜与氧化物导电层的界面的反射光束，数据处理系统根据单元光电探测器的输出以及之前记录的信号判断并计算检测物介质层折射率的变化；

(S04)将步骤(3)得到的对检测物介质层折射率的测量动态范围进行线性拟合，得到动态范围仿真结果。

7.如权利要求6所述的利用调谐长程SPR器件检测折射率的方法，其特征在于，步骤(S02)中，如激光器输出的光束不是p偏振，则激光器输出的光束需经过偏振片准直后入射棱镜与氧化物导电层的界面。

8.如权利要求6所述的利用调谐长程SPR器件检测折射率的方法，其特征在于，步骤(S02)中，如棱镜的底部表面设置有玻璃基底，则激光器输出光束经过透镜准直后入射玻璃基底与氧化物导电层的界面。

9.如权利要求6-8中任一项所述的利用调谐长程SPR器件检测折射率的方法，其特征在于，步骤(S02)中，该折射率已知的标准物为磷酸盐缓冲液。

10.如权利要求9所述的利用调谐长程SPR器件检测折射率的方法，其特征在于，步骤(S03)中，数据处理系统根据如下公式计算检测物介质层折射率n发生Δn的变化：

其中d为材料厚度，V为施加于材料的电压，γ₃₃为电光系数。