时，微孔通过反射或者吸收将SPW限制在一定区域，实现了对SPW的有效操控，避免了信号的交叉干扰，有利于降低噪声，提高了 SPR传感的信噪比，便于实现高通量的SPR传感。
【附图说明】
[0029]图1为本发明SPR传感芯片的结构示意图；
[0030]图2为图1中A-A剖面图的局部放大示意图；
[0031]图3为本发明SPR传感芯片的制备流程图；
[0032]图4为本发明SPR成像传感器的结构示意图；
[0033]图5A为本发明SPR传感芯片中周期排列的纳米金线产生电磁场增强的示意图；
[0034]图5B为本发明SPR传感芯片中微孔结构产生电磁场增强的示意图；
[0035]图5C为现有SPR传感芯片产生的电磁场示意图；
[0036]其中，Ζ( μπι)表示在Z轴上的坐标，Χ( μπι)表示在X轴上的坐标，Ez Λ 2表示表不与SPR信号相关的竖直方向的电场强度。
【具体实施方式】
[0037]如图1、图2所示，本实施例一种SPR传感芯片100，包括平面玻璃基板I，平面玻璃基板I上依次覆盖有铬层2和第一金膜3，第一金膜3的顶面设有微孔阵列，每一微孔4的底部覆盖有第二属膜5，且第二金膜5的顶面设有周期排列的纳米金线6。
[0038]本实施例中，平面玻璃基板I采用Κ9光学玻璃制成，厚度为0.4mm，以保证良好的透光性；铬层2的厚度为2nm ;第一金膜3的厚度为200nm，以保证SPR无法穿透；第二金膜5的厚度为40nm，以保证能在其表面(顶面)产生SPR现象。
[0039]若约定P光的振动面为纸面，则纳米金线6沿纸面呈周期排布(每根纳米金线6的宽度为lOOnm，两纳米金线6之间的间隔宽度为lOOnm，则周期为200nm ;纳米金线6的厚度为1nm)，每条纳米金线6在S光的振动方向(垂直纸面)呈直线；本实施中，每一微孔4内设有周期排列的至少30根纳米金线6，每根纳米金线6的两端均抵接微孔4的内壁。
[0040]如图3所示，本实施例SPR传感芯片100的制备流程为:先在洗净的平面玻璃基板I上依次镀上铬层2和第一金属膜3 ;然后用用光刻法在第一金属膜3的顶面制备出微孔阵列的图案(即在需要开设微孔4的位置没有光刻胶7保护，而其他部位覆盖有起保护作用的光刻胶7);接着用湿法腐蚀法去除没有被光刻胶7保护的位置处的第一金属膜3和铬层2，露出平面玻璃基板I ;待完成微孔阵列的开设后，采用光刻胶洗液去除光刻胶7 ;在每个微孔4内镀上第二金膜5 (第二金膜5可以仅镀在微孔4内，也可以在整个SPR传感芯片100的表面)，保存在真空干燥的环境中备用；使用聚焦离子束光刻(FIB)技术，根据输入到计算机中的纳米线图案用聚焦离子束从一侧开始在第二金膜5上沉积一层厚度为10?20nm的金膜，形成线宽为10nm的纳米金线6，纳米金线6的两端均抵接微孔4的内壁；接着每间隔10nm均重复同样的沉积过程，最终在每个微孔4内的第二金膜5上均沉积出周期排列的纳米金线6。
[0041]如图4所示，将本实施例的SPR传感芯片应用到SPR成像传感器中时，将该SPR传感芯片100通过折射率匹配液13耦合到光强调制型SPR成像传感器的棱镜10上，该棱镜10采用与平面玻璃基板I同样的材质制成(本实施例中为K9光学玻璃)。工作时，准直光通过棱镜10耦合入射到平面玻璃基板I与第二金膜5的界面并且发生全反射，反射光中携带了表面介质变化的信息，反射光经成像系统11处理后最终被图像传感器12 (CCD)接收形成SPR传感信号。
[0042]在第二金膜5的表面修饰不同的生物敏感膜，使SPR传感芯片的每个微孔均具有检测特异性，从而可以同时检测多种样品，实现高通量高灵敏的生物传感。
[0043]如图5A和图5B所示，结合图1、图2、图4可见，SPR传感芯片的工作原理为:
[0044]准直光源8射出的准直光经起偏器9转换为偏振光，当偏振光通过SPR传感芯片下方的棱镜入射到平面玻璃基板I与金膜(包括第一金膜3和第二金膜5)的界面时，在金膜上产生SPR现象。其中在第二金膜5上产生的SPR —方面耦合到周期排列的纳米金线6中产生局域表面等离子体共振(LSPR)，LSPR主要集中在纳米金线6表面两个尖锐的边缘，从而在每一纳米金线6的两侧均引起局域电磁场增强(如图5A)，增强的电磁场对于表面介质的变化非常敏感，有利于提高SPR传感的灵敏度，一般灵敏度可增强5?10倍左右；另一方面在微孔3底部产生表面等离子体波(SPW)，SPW在水平传播过程中会受到微孔3内壁的反射，从而与前向传播的SPW干涉形成驻波而被束缚在微孔内部，驻波的电磁场也有一定程度的增强，增强的区域主要集中在微孔的边缘(如图5B)，该电磁场增强可进一步提高灵敏度，一般灵敏度可增强3倍左右；从而整个微孔内的电磁场均得到增强，双重电磁场增强效果可以使整个SPR传感芯片的灵敏度增强15?30倍。
[0045]同时，由于第一金膜3的厚度大于150nm，因此在第一金膜3上因SPR产生的电磁场无法穿透第一金膜3，同时第二金膜5产生的SPW又被第一金膜3包围而成的微孔4所束缚，从而无法到达相邻的微孔3，避免了信号的交叉干扰，有利于降低噪声，提高了 SPR传感的信噪比，便于实现高通量的SPR传感。
[0046]由图5C可见，现有的常规SPR传感芯片(在平面玻璃基板上覆盖有平面金膜)并不存在电磁场增强效应。
【主权项】
1.一种SPR传感芯片，包括平面玻璃基板，其特征在于，所述平面玻璃基板上覆盖有厚度大于150nm的第一金属膜，所述第一金属膜的顶面设有微孔阵列，每一微孔的底部均覆盖有第二金属膜，所述第二金属膜的顶面设有周期排列的若干纳米金属线。
2.如权利要求1所述的SPR传感芯片，其特征在于，所述第二金属膜的厚度为30?50nmo
3.如权利要求1所述的SPR传感芯片，其特征在于，每个微孔内至少设有30根纳米金属线。
4.如权利要求1所述的SPR传感芯片，其特征在于，两纳米金属线之间间隔的宽度与纳米金属线的线宽比为1:0.5?2。
5.如权利要求1所述的SPR传感芯片，其特征在于，所述第一金属膜的厚度为150?300nmo
6.如权利要求1所述的SPR传感芯片，其特征在于，所述平面玻璃基板的厚度不超过0.5mmο
7.如权利要求1?6任一所述的SPR传感芯片的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤: (1)在洗净的平面玻璃基板上依次镀上铬层和第一金属膜； (2)在第一金属膜的顶面预留用于开设微孔的位置，其余部位覆盖保护膜； (3)在第一金属膜的预留位置处开设微孔，然后除去保护膜； (4)在微孔底部镀第二金属膜，并在第二金属膜的顶面依次刻蚀或沉积出每根纳米金属线。
8.—种SPR传感器，包括棱镜，以及与棱镜相耦合的SPR传感芯片，其特征在于，所述SPR传感芯片为权利要求1?6任一所述的SPR传感芯片，所述棱镜与SPR传感芯片中平面玻璃基板的材质相同。
【专利摘要】本发明公开了一种SPR传感芯片及其制备方法，SPR传感芯片包括平面玻璃基板，平面玻璃基板上覆盖有厚度大于150nm的第一金属膜，第一金属膜的顶面设有微孔阵列，每一微孔底部均覆盖第二金属膜，第二金属膜的顶面设有周期排列的若干纳米金属线。第二金属膜上产生的SPR既耦合到纳米金属线中产生LSPR，引起局域电磁场增强；又在微孔底部产生SPW，SPW在水平传播过程中受到微孔内壁的反射，从而与前向传播的SPW干涉形成驻波而被束缚在微孔内部，驻波的电磁场也有一定程度的增强，双重增强可使灵敏度提高15～30倍；同时，微孔将SPW限制在一定区域，避免了信号的交叉干扰，有利于降低噪声，提高了SPR传感的信噪比。
【IPC分类】G01N21-552
【公开号】CN104634763
【申请号】CN201510070207
【发明人】王晓萍, 董伟, 庞凯
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月11日