一种基于霍尔效应的手性分子检测模块的制作方法

本发明涉及手性分子检测器技术领域，具体涉及一种基于霍尔效应的手性分子检测模块。

背景技术：

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是霍尔(e.h.hall，1855-1938)于1879年在研究金属的导电机制时发现的，后来发现半导体、导电流体等也有这种效应。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场方向会产生一的附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应。由于利用霍尔效应制成的霍尔传感器能够检测磁场的方向和大小，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面，并且基于半导体的霍尔传感器被广泛使用。

手性广泛的存在于自然界中，是一种重要的对称特点。对于一对手性异构体，当它们含量相等时，用同一束圆偏振光照射，其产生不同的吸收，如何利用霍尔效应实现手性分子的检测一直是本领域研究的热点，目前仍是一个未攻克的技术难点。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是如何利用霍尔效应实现手性分子手性的检测。

为此，本发明提供了一种基于霍尔效应的手性分子检测模块，包括基底层，形成在所述基底层上的金属层，以及形成在所述金属层上方的石墨烯层；所述金属层的左右设置有电极；所述金属层的前后两侧垂直于电流方向设置有磁场；所述金属层包括金属片层和金属孔，金属片层的上方设置有水平方向排列的金属孔，金属孔的内部设置有一层金属颗粒层。

进一步地，所述金属孔的方向为水平横向设置。

进一步地，所述金属孔的方向为水平纵向设置。

进一步地，所述金属孔截面的形状可以是半圆形、矩形、锯齿形或梯形等形状。

进一步地，所述石墨烯薄膜呈带状平铺在除过金属孔的金属层上方形成石墨烯层。

进一步地，所述基底层为硅或二氧化硅材料制成。

进一步地，所述金属层为金或银材料制成。

进一步地，所述金属颗粒层为金或银材料制成。

进一步地，所述金属颗粒层中的金属颗粒的半径为30～50nm。

一种利用基于霍尔效应的手性分子检测模块对手性进行检测的方法，包括以下步骤：

（1）将已知手性的手性分子溶液滴入该基于霍尔效应的手性分子检测模块中，轻微振荡后，加入表面活性剂、连接分子使手性分子与模块中的金属层形成较好的组装；

（2）打开电极开关,外加磁场,磁场方向平行于金属层且垂直于电流方向,将该模块外接电压表；

（3）用圆偏振光沿模块的正面照射该模块；

（4）观察电压表上的数值，即测得该手性的手性分子所在的电压范围；

（5）多次重复步骤（1）～（4），分别测得左手性和右手性的手性分子的电压范围；

（6）将待测手性分子按照上述（1）～（4）的步骤，测出基于霍尔效应产生的电压的大小；

（7）比较所测电压与上述手性分子电压范围，对比得出该待测手性分子的手性。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于霍尔效应的手性分子检测器，通过将该模块置于待测的手性分子中，用圆偏振光照射，由于不同的手性异构体对圆偏振光的响应不同，导致手性分子在金属层中产生的局域场增强不同，导致金属层中的载流子浓度和迁移速率也会不同，根据霍尔效应，直接导致外接电压表的数值不同，以此来表征手性分子的手性特征。其次，我们通过在金属层设置金属孔和金属颗粒，可以增强光与手性分子作用产生的局域光场，将不同手性的差异放大，有利于检测。并且，我们通过在金属层上设置石墨烯层，由于石墨烯薄膜具有很高的载流子浓度和迁移率，因此可以提高该检测模块的灵敏度。最终通过对电压大小的检测，来反映手性分子的手性。该发明提供的手性分子检测模块不仅结构简单，而且灵敏性高，具有非常好的检测效果。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是实施例1中基于霍尔效应的手性分子检测模块示意图一。

图2是实施例1中基于霍尔效应的手性分子检测模块示意图二。

图3是实施例1中基于霍尔效应的手性分子检测模块示意图三。

图4是实施例1中基于霍尔效应的手性分子检测模块示意图四。

图中：1、基底层；2、金属层；21、金属片层；22、金属孔；3、石墨烯层；4、电极；5、金属颗粒层。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了利用霍尔效应实现对手性分子偏振特性的检测。本实施例提供了一种如图1-4所示的基于霍尔效应的手性分子检测模块，包括基底层1，形成在所述基底层1上的金属层2，以及形成在所述金属层2的至少部分上方的石墨烯层3；所述金属层2包括金属片层21和金属孔22，金属片层21的上方设置有水平方向排列的金属孔22，金属孔22的内部设置有一层金属颗粒层5。

所述金属孔22的方向为水平横向设置，所述金属孔22的方向也可以为水平纵向设置。所述金属孔22截面的形状可以是半圆形、矩形、锯齿形或梯形等形状。

一对手性异构体与同种类型圆偏振光发生的响应不同，由于手性分子与圆偏振光响应较小，因此在该实施例中，圆偏振光与金属层作用，产生局域场增强，增强的局域场再作用于手性分子，就会增强手性分子和圆偏振光的相互作用。进一步，不同手性分子与圆偏振光的相互作用又会作用于金属层，导致金属层产生不同的响应，改变金属层载流子的浓度和载流子速率。

所述金属层2的左右设置有电极4，所述金属层2的前后两侧垂直于电流方向设置有磁场。通过在金属层上设置电极4和在平行于金属层2设置的垂直于电流方向的磁场，使整个实施例模块构成霍尔效应传感器，通过外接电压表,实时收集和处理霍尔电压，就可以检测出手性分子的手性效应。

所述基底层1为硅或者二氧化硅材料制成。

所述金属层2和金属颗粒层6为导电良好的金属材料制成；优先的选择为金或银制成。所述金属颗粒层6中的金属颗粒的半径为30～50nm。

所述石墨烯薄膜呈带状平铺在除过金属孔22的金属层2上方形成石墨烯层3。石墨烯层3不仅有高的载流子浓度和电子迁移率，能有效提高该光检测模块的灵敏度，而且将其设置在金属层2上，可以增大圆偏振光照射到该结构上产生响应的差异，使检测结果更明显。石墨烯有很好的光学特性，可以通过改变其外加电压来改变其光学性质。通过改变石墨烯层3两侧的偏电压，使它的费米能级发生改变，从而改变它的有效折射率，最终达到改变其霍尔电压的结果。

实际使用的时候，将电极4与外接电源连接，以便给金属层2加载电压v，圆偏振光入射该结构，与手性分子产生不同的响应，从而导致金属层的载流子浓度和迁移速率不同，最终使得金属层2在磁场之间的霍尔电压不同，通过检测对应的电流变化，实现对不同手性分子的检测。

综上所述，该基于霍尔效应的手性分子检测模块，通过圆偏振光照射该结构，引起不同特性的手性分子的响应不同，导致金属层2中载流子浓度和迁移率不同，进而通过电极测得的霍尔电势也会不同，以此来表征手性分子的特性。通过加入石墨烯层，来增大载流子浓度和迁移率，以提高整个光检测模块的灵敏度。

实施例2

为了利用霍尔效应实现对手性分子特性的检测，本实施例提供了一种利用基于霍尔效应的手性分子检测模块对手性进行检测的方法，包括以下步骤：

（1）将已知手性的手性分子滴入该基于霍尔效应的手性分子检测模块中，轻微振荡后，加入表面活性剂、连接分子使手性分子与模块中的金属层形成较好的组装；

（2）打开电极开关,外加磁场,磁场方向平行于金属层且垂直于电流方向,将该模块外接电压表；

（3）用圆偏振光沿模块的正面照射该模块；（4）观察电压表上的数值，即测得该手性的手性分子所在的电压范围；

（5）多次重复步骤（1）～（4），分别测得左手性和右手性的手性分子的电压范围；

（6）将待测手性分子按照上述（1）～（4）的步骤，测出基于霍尔效应产生的电压的大小；

（7）比较所测电压与上述手性分子电压范围，对比得出该待测手性分子的手性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。