[实用新型]基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器

说明书

为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低的问题，本实用新型提出了一种基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器。本实用新型利用金膜表面的等离子体波和金纳米棒表面的局域表面等离子体波之间的等离激元耦合效应增强电场强度，同时氧化石墨烯能促进金膜和金纳米棒之间的电荷转移，进而增强表面等离体波和待测物质的相互作用，提高检测灵敏度；另外，氧化石墨烯具有优异的生物传感特性，具有生物相容性和大比表面积，可以更好地实现生物量和化学量的测量。本实用新型相比于普通的光纤SPR传感器具有更高的传感灵敏度与化学稳定性，能够实时监测，其结构紧凑，能够广泛应用物理、化学、生物、医疗、食品安全等领域。

技术领域

本实用新型涉及生物传感器技术领域，具体涉及SPR生物传感器，尤其涉及一种基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器。

背景技术

光纤表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance)存在于光纤表面的金属膜和外部介质的交界面上，当光从光密介质入射到光疏介质时，会发生全反射，但仍有一部分光透过光疏介质，形成倏逝波，同时，由于金属受电磁干扰时，金属内部的电子密度分布会变得不均匀，由此会造成电子的集体震荡，并以波的形式表现，称为等离子波。当倏逝波与表面等离子波发生共振时，能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使反射光的能量急剧减少，反射光强响应曲线会产生一个波谷，此时对应的入射光波长为共振波长。光纤SPR传感器具有制作简单、成本低、易小型化和抗电磁干扰等优点，在生物和化学检测领域得到了广泛应用。

表面等离子体共振(SPR)生物传感器由于其高灵敏度和生物相容性而在生物和化学检测中引起了极大的关注。根据表面等离子体波与周围生物分子之间的相互作用，会导致共振角或共振波长的漂移，由此可实现外部生物分子的检测。与基于棱镜的传统SPR生物传感器相比，光纤SPR生物传感器具有制作简单，成本低，传感结构小型化和抗电磁干扰的特性。然而，传统的SPR生物传感主要依靠金膜来实现检测，缺乏足够高的灵敏度来检测更低相对分子质量的生物分子，因此，仍然需要进一步提高传感器的灵敏度，这样有助于扩大传感器的应用范围。

实用新型内容

为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低的问题，本实用新型提出了一种基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，本实用新型利用金膜表面的等离子体波和金纳米棒表面的局域表面等离子体波之间的等离激元耦合效应增强电场强度，同时，氧化石墨烯能促进金膜和金纳米棒之间的电荷转移，进而增强表面等离体波和待测物质的相互作用，提高检测灵敏度。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，包括单模侧边抛磨光纤，在单模光纤侧边抛磨的抛磨面上，由内到外依次为40～60nm厚的金膜、0.1～1nm厚的氧化石墨烯膜和金纳米棒层。

进一步地，所述的金膜表面通过共价键结合方法来固定氧化石墨烯膜。

进一步地，所述金纳米棒通过静电自组装方法固定在氧化石墨烯膜的表面。

进一步地，所述的单模侧边抛磨光纤，抛磨面长度为0.5～2cm。

进一步地，所述金膜厚度为50nm时，传感器灵敏度最高。

进一步地，所述氧化石墨烯膜的厚度为0.5nm时，传感器灵敏度最高。

进一步地，所述的金纳米棒的直径为20～40nm，长径比为2.5～10。

由上述高灵敏度光纤SPR生物传感器形成的传感系统，其特征在于，包括以多模光纤为光路的基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其输入端连接光谱为可见光波段的宽带光源，其输出端连接宽带光谱仪，宽带光谱仪通过数据接口连接到外部计算机，基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器置于待检测的生物分子溶液中。