[发明专利]一种基于棒-环结构的介质纳米光波天线传感器及应用

说明书

本发明公开了一种基于棒‑环结构的介质纳米光波天线传感器，以主要含有二氧化硅的材料作为基底，所述基底上设有周期阵列布置的棒‑环结构的硅层，对波长范围为600纳米‑2500纳米的入射光，在透射/反射谱线中能获得尖峰。本发明利用介质材料在入射光照射下会极化并产生内部位移电流的极子谐振特性，可以间接检测环境折射率的变化，进而用于水体污染物的检测。而且低损耗特性可在获得较大局域场增强同时避免较强光热效应对传感标记物分子的破坏，通过前期的标定及后期的比对，可通过检测得到的谐振波长反推出待测蛋白分子的构成及浓度。

技术领域

本发明涉及一种光学传感纳米器件，具体是一种基于棒-环结构的介质纳米光波天线传感器及应用。

背景技术

近年来，水污染问题更是不断得到重视和强调。就水体中的微量污染物而言，其浓度极低，而自然界中水体成分非常复杂，多种不同的复杂成分极易对目标物的检测造成较大干扰，直接对污染物进行检测较为困难。

一种有效的解决方法是利用水体中的生物来对水体污染进行间接检测。但这种方法由于需要生物的参与，且前期筛选合适的间接检测所用生物蛋白质较为艰难。以鱼蛋白中的特异性生物标记物乙酰胆碱酯酶为例，当水体中存在一定量农药残留时，乙酰胆碱酯酶的活动会发生变化，若能对乙酰胆碱酯酶进行监测，便能获得水体中的农药残留情况。

另一种思路则是通过特定手段对污染水体中待测的微量污染物进行筛选分离，在去除水体中其他干扰物质的情况下进行定向检测。而在光波天线生物传感领域，目前较为常见的方式是利用金属光波天线的局域表面等离子谐振，但这种谐振容易对光产生较强吸收，在局域形成高温，若结合抗体抗原进行生物检测，易对抗原抗体蛋白活性进行破坏、影响蛋白质的既有活性，且多数金属对蛋白质具有毒性。

综上所述，目前没有一种简单、高效、无毒的方法针对污染水体中待测的微量污染物蛋白分子进行定向监测。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点和不足，利用介质材料在入射光照射下会极化并产生内部位移电流的极子谐振特性，提出了一种基于介质材料的纳米光波天线结构。

本发明同时提供了一种利用上述传感器检测蛋白分子的方法，利用该方法灵敏度更高，检测精度更好。

本发明还提供了一种对蛋白分子进行检测装置，利用该装置，可以方便快捷的实现对蛋白分子的检测。

同时利用本发明的这种结构的传感器可以间接实现检测环境折射率的变化，进而用于蛋白分子的检测实现水体污染评估。

一种基于棒-环结构的介质纳米光波天线传感器，以主要含有二氧化硅的材料作为基底，所述基底上设有周期阵列布置的棒-环结构的硅层，对波长范围为600纳米-2500纳米的入射光，在透射/反射谱线中能获得尖峰。

作为优选，所述基底采用石英片基底，厚度大于等于100微米。

本发明的技术方案是以石英片作为基底，在其上蒸镀硅层并制备成棒-环结构的周期阵列构成的器件。该器件在垂直入射的光源照射下，会在透射/反射谱线中获得较为尖锐的峰。通过环境中透射/反射谱线中的峰值波长的移动，利用本发明的传感器可以实现对样品(比如污染水源)中的微量生化分子浓度。

作为优选，每个棒-环结构中包括一个长方形棒结构和环结构：长方形棒结构的长边为300纳米-1微米，沿y方向，短边为50纳米-200纳米；环结构的外圆半径为100纳米-1微米，内圆半径为50纳米-150纳米，且内圆半径小于外圆半径；所述棒-环结构的周期阵列x方向周期与y方向周期都为300纳米-1微米。

作为优选，每个棒-环结构中，长方形棒的中心距离环的中心距离为300～450nm。