[发明专利]基于表面等离子体共振的纳米金光栅透射型微流控传感器

说明书

该发明提供了一种基于等离子体共振的纳米金光栅透射型微流控传感器，该透射型传感器包括：二氧化硅绝缘衬底；二维金属光栅阵列，形成于二氧化硅绝缘衬底上；待测物微流腔；以及二氧化硅绝缘顶盖，并且增加了二氧化硅光栅结构，形成于二氧化硅绝缘顶盖下。该结构的电场强度较强的区域集中在待测物腔的位置，光栅结构增强了等离子共振峰，随着周期的逐渐增加，相同共振模式的透射峰波长位置出现红移。该模型具有结构简单、易于大面积制备、成本低的优点，灵敏度较高，针对透射率传感易于检测，有望成为新型表面等离子传感器件。

技术领域

本发明涉及微纳光电子技术领域，具体涉及一种基于表明等离子共振的纳米金光栅透射型微流控传感器，实现增强红外光对待测物的透射峰位移，从而达到高灵敏度检测介质折射率的透射型微流控传感器。

背景技术

近年来，随着纳微纳光电子技术的发展，新兴的纳米结构表面等离子共振传感器件迅速发展，并和其他领域交叉渗透，有着广泛的应用背景，例如生物化学、药物研发、食品监控、空气监控等等。

表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)检测技术是一种新型的生物检测技术。它具有准确性高，实时监测，快速检测等优点。SPR是一个在界面处由于两种电磁波模式发生强烈耦合激发出表面等离子体激元波。由于入射光的共振峰位置对背景折射率非常敏感，因此，通过对共振峰位置的分析，能够有效的检测到由于各种因素引起的背景折射率变化。

随着科技的不断发展，传感器在生物、化学、医疗、食品等领域有着广泛的应用。但传统纳米结构表面等离子共振传感器体积较大，采用的纳米线、纳米孔、纳米锥等结构一般采用电子束刻蚀或者聚焦离子刻蚀等制备方式，制备速度慢，成本高，不适合大规模工业化生产。同时，等离子共振的测试光谱一般采用反射光谱，然而采用分光光度计测试反射光谱时易受入射光干扰，对精准测试带来一定困难。此外，现有纳米结构表面等离子共振传感器光谱位移通常很小，灵敏度不高。例如纳米线结构传感器的灵敏度为337nm/RIU(参考专利：CN201711336503-基于纳米线表面等离激元的折射率测量方法及传感器系统)，例如纳米孔结构传感器的灵敏度为671nm/RIU(“Hybrid Magnetoplasmonic Crystals Boost thePerformance of Nanohole Arrays as Plasmonic Sensors”,ACS Photonics,2016,3,203-208)。

然而，随着现代检测技术的不断发展，等离子共振传感测试系统趋于小型化、集成化，且对传感器的灵敏度和抗干扰性有了更高的要求。

发明内容

为了解决现有等离子共振传感器存在的上述技术问题，本发明提出一种基于表面等离子体共振的纳米金光栅透射型微流控传感器。本发明所述传感器相对而言结构简单、易于大面积制备、成本低，灵敏度较高，针对透射率传感易于检测。同时通过采用微流控精准控制微量流体，进一步提高传感器灵敏度，避免对待测试品的浪费和污染。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于等离子体共振的纳米金光栅透射型微流控传感器，其特征在于，包括：二氧化硅绝缘体构成的腔体作为待测物微流腔，所述待测物微流腔的底部为二氧化硅绝缘衬底，所述二氧化硅绝缘衬底上设置有二维金属光栅阵列；所述待测物微流腔的顶部为二氧化硅绝缘顶盖，所述二氧化硅绝缘顶盖朝向待测物微流腔的一侧设置有二维绝缘光栅结构，所述二维绝缘光栅结构的宽度为700-800nm，周期为1200-1400nm，厚度为300-500nm，光栅材料为二氧化硅；所述待测物微流腔底部一侧设置有待测物流入口，所述待测物微流腔底部另一侧设置有待测物流出口；所述二氧化硅绝缘衬底上设置的二维金属光栅阵列宽度为700-800nm，周期为1200-1400nm，厚度为300-500nm，

光栅材料为金；所述的待测物微流腔厚度为1200-1600nm；