手性传感器件及流体手性检测系统的制作方法

本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种手性传感器件及流体手性检测系统。

背景技术

目前，分子手性分析最有效的技术是圆二色性谱，该技术的原理是手性分子对左右圆极化吸收不同，当单色左旋与右旋的圆偏振光照射某一手性样品时，该手性样品对左右旋圆偏振光的吸收不同，这种手性分子在不同波长下吸收差值称为圆二色谱。

现有的圆二色谱技术检测过程中，检测的灵敏度取决于待检测物质对左旋与右旋偏振光吸收的差异程度，这种差异是非常微弱的，因此检测的灵敏度很低。近年来，一种间接手性灵敏度的表征方法和检测系统被研制出来，该系统为基于待检测物质相对手性传感器件的圆二色性漂移度来进行检测，这种检测系统其手性传感器件的圆二色性强弱决定了检测系统的灵敏度。

因此，如何提高手性传感器件的圆二色性以提高手性检测系统的灵敏度已经成为生物检测技术领域的热点问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种手性传感器件及流体手性检测系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种手性传感器件，包括衬底层10、手性金属薄膜层20、微流通道层30和覆盖层40，其中，

所述衬底层10、所述手性金属薄膜层20、所述微流通道层30、所述覆盖层40由下到上依次层叠设置；所述手性金属薄膜层20上具有呈阵列排布的手性通孔结构。

在本发明的一个实施例中，所述手性通孔结构包括：v字型通孔和一字型通孔，其中，

所述v字型通孔和所述一字型通孔相邻设置，且所述v字型通孔和所述一字型通孔的底部平齐。

在本发明的一个实施例中，所述手性通孔结构的阵列周期t的长度为500nm。

在本发明的一个实施例中，所述微流通道层30包括：层体301和流体通道302，其中，

所述流体通道302横向贯穿于所述层体301且在所述层体301相对两侧壁分别形成流体入口3021和流体出口3022。

在本发明的一个实施例中，所述流体通道302的一端呈梯形。

在本发明的一个实施例中，所述衬底层10和所述覆盖层40均为透光材料。

在本发明的一个实施例中，所述手性金属薄膜层20的材料为铜。

在本发明的一个实施例中，所述所述手性金属薄膜层20的厚度为30nm。

本发明的另一个实施例提供了一种流体手性检测系统，包括：平行光调制系统50、圆偏振光调制系统60、如上述任一实施例所述的手性传感器件70、光信号接收系统80，其中，

所述平行光调制系统50用来产生平行光；

所述圆偏振光调制系统60用来将所述平行光调制为左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光；

所述手性传感器件70用来增强被测流体的圆二色性；

所述光信号接收系统80用来检测接收到的所述左旋圆偏振光或者所述右旋圆偏振光的圆二色性谱。

在本发明的一个实施例中，所述圆偏振光调制系统60的出射光线与所述所述手性传感器件70上表面夹角为45度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的手性传感器件通过具有手性通孔阵列结构的手性金属薄膜层产生较强的圆二色性信号，增强流体检测灵敏度。

2、本发明的流体手性检测系统通过采用一种强圆二色性手性传感器件，提高了对待检测流体手性检测的灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种手性传感器件的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种手性传感器件的微流通道层的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种手性传感器件的手性金属薄膜层的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种手性传感器件的第一手性金属薄膜单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种手性传感器件的第二手性金属薄膜单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种第一手性金属薄膜单元的圆二色性谱曲线示意图；

图7为本发明实施例提供的一种第一手性金属薄膜单元和第二手性金属模板单元的圆二色性电荷分布示意图；

图8为本发明实施例提供的一种流体手性检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请同时参见图1、图2、图3，图1为本发明实施例提供的一种手性传感器件的立体结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种手性传感器件的微流通道层的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种手性传感器件的手性金属薄膜层的俯视结构示意图；

本发明实施例的手性传感器件包括：衬底层10、手性金属薄膜层20、微流通道层30和覆盖层40，其中，

所述衬底层10、所述手性金属薄膜层20、所述微流通道层30、所述覆盖层40由下到上依次层叠设置；所述手性金属薄膜层20上具有呈阵列排布的手性通孔结构。

本发明实施例的手性传感器件通过具有手性通孔阵列结构的手性金属薄膜层产生强圆二色性信号，可用于流体手性检测，提高检测灵敏度。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，重点对一种手性传感器件进行详细描述。具体地，该手性传感器件包括实施例一的所有内容，还包括下列内容：

请再次参见图2，其中，微流通道层30包括：层体301和流体通道302，其中，

流体通道302横向贯穿于层体301且在层体301相对两侧壁分别形成流体入口3021和流体出口3022。如图3中坐标系，横向贯穿即流体通道长度方向位于x-y平面内，沿长度方向贯穿于层体的位于x-z平面的相对两侧壁，高度沿z方向。

在本发明的一个实施例中，流体通道302的一端呈梯形，便于控制待检测流体的流速，增强测试可靠性。

其中，所述手性金属薄膜层20为一层金属纳米薄膜，其中，手性金属薄膜层20的材料可以为金、银或者铜。优选地，手性手性金属薄膜层20的材料为铜，可以降低手性金属薄膜层的制作成本。

请再次参见图3，其中，手性通孔结构的阵列周期t的长度为500nm。其中，定义任意相邻两个手性通孔结构中v字型通孔底部横线中点之间的距离为周期t。

请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种手性传感器件的第一手性金属薄膜单元的结构示意图；图4中，x轴和y轴方向和纸面重合，垂直纸面方向为z轴方向。

其中，手性通孔结构包括：v字型通孔和一字型通孔，其中，

v字型通孔和一字型通孔相邻设置，且v字型通孔和一字型通孔的底部平齐。

其中，v字型通孔和一字型通孔的间距取值范围为30nm～50nm。

其中，手性通孔结构包括v字型通孔；

其中，v字型通孔包括第一侧臂101和第二侧臂102，第一侧臂101的长度l1与第二侧臂102的长度l6取值相同，l1和l2的取值范围均为100nm～300nm。优选地，l1＝l2＝200nm。

其中，定义v字型通孔的第一侧臂101和第二侧臂102之间外夹角处和内夹角处宽度分别为第一夹角宽度w1和第二夹角宽度w2，第一夹角宽度w1的取值范围为50nm～60nm，第二夹角宽度w2的取值范围为10nm～20nm；优选地，w1＝40nm，w2＝20nm；

其中，第一侧臂101与第二侧臂102的宽度相同；优选地，第一侧臂101与第二侧臂102的侧臂宽度相同均为w3，w3取值均与第一夹角宽度w1取值相同。

其中，一字型通孔的长度l3的取值范围为170～190nm，优选地，l3＝180nm。

其中，一字型通孔的宽度w4与第一夹角宽度w1取值相同。

其中，衬底层10和覆盖层40均为透光材料。可以为蓝宝石、石英等高透光材料。

其中，手性金属薄膜层20的厚度取值范围为20nm～40nm，优选为30nm。

请再次参见图4、图5、图6，图5为本发明实施例提供的一种手性传感器件的第二手性金属薄膜单元的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种手性金属薄膜单元的圆二色性谱曲线示意图；

对手性金属薄膜层20的手性通孔结构的圆二色性进行研究，取只包含一组手性通孔结构的第一手性金属薄膜单元进行研究，与仅具有v字型通孔的第二手性金属薄膜单元的圆二色性进行对比分析。

取各项最优参数，第一手性金属薄膜单元和第二手性金属薄膜单元截面均为正方形，边长为周期t＝500nm；第一手性金属薄膜单元和第二手性金属薄膜单元的厚度均为30nm；

第一手性金属薄膜单元和第二手性金属薄膜单元的v字型通孔均有：l1＝l2＝200nm，w1＝w3＝40nm，w2＝20nm；第一手性金属薄膜单元的一字型通孔有l3＝180nm，w4＝40nm；

分两次让左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在x-z平面内，入射方向沿着x和z负方向以45°角倾斜入射到第一和第二手性金属薄膜单元上，分别测得左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在通过手性金属薄膜单元后的光谱强度，获取手性金属薄膜单元的圆二色曲线，图中的纵坐标cd表示圆二色性。

第二手性金属薄膜单元最大圆二色性为5.7％，在波长为1280nm处。

第一手性金属薄膜单元得到最大圆二色性为6.5％，在波长为770nm、860nm、890nm、950nm、1280nm时圆二色性依次为6％，1％，6.5％，5.5％，6.5％。

可见，本发明实施例的第一手性金属薄膜单元其圆二色性明显增强。

请参考图7，图7为本发明实施例提供的一种手性金属薄膜单元的圆二色性电荷分布示意图；通过v字型和一字型通孔结构的作用下，手性金属薄膜的电偶极子和磁偶极子分布发生变化，一字型通孔改变了v字型通孔周围金属薄膜上的电流流向，在一字型通孔周围出现了磁偶极子，在电偶极子和磁偶极子共同作用下，得到了较高的圆二色性。

因此，本发明实施例的手性传感器件，通过增加v字型通孔和一字型通孔阵列的手性金属薄膜层20，使得手性传感器件的圆二色性明显增强。

实施例二

请参见图8，图8为本发明实施例提供的一种流体手性检测系统的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上，重点对流体手性检测系统进行详细描述。具体地，该流体手性检测系统包括：

平行光调制系统50、圆偏振光调制系统60、手性传感器件70、光信号接收系统80，其中，

平行光调制系统50用来产生平行光；

圆偏振光调制系统60用来将平行光调制为左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光；

手性传感器件70用来增强被测流体的圆二色性；

光信号接收系统80用来检测接收到的左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光的圆二色性谱。

其中，平行光调制系统50可以有不同的光路结构，一个具体的实施例中，可以采用光源加透镜，光源发出的光经透镜后变成平行光。

其中，圆偏振光调制系统60可以有不同的光路结构，一个具体的实施例中，可以采用偏振元件和四分之一波片组成。

其中，手性传感器件70为上述实施例一和实施例二中的任一手性传感器件。

其中，圆偏振光调制系统60的出射光线与手性传感器件70上表面夹角为45度。

其中，圆偏振光调制系统60调制出的左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光的波长为1280nm或者890nm。

该系统工作的原理如下：

首先，无待测流体样本流入手性传感器件，平行光调制系统50产生平行光，调节圆偏振光调制系统60将入射的平行光分别调制成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，在手性传感器件70的手性金属薄膜层20的作用下，出射的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收率不同，通过光信号接收系统80获取无待测流体样本时出射的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的左手性圆二色谱和右手性圆二色性谱。

然后，使待测流体样本持续流入手性传感器件，再次调节圆偏振光调制系统60分别产生左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的光强与无待测样本流入时的通入光强相同，通过光信号接收系统80获取待测流体样本流入时出射的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的左手性圆二色谱和右手性圆二色性谱。

比较无待测样本流体流入和有待测样本流体流入时两次左手性圆二色谱的左手性谱峰移动量，同时，比较两次右手性圆二色谱的右手性谱峰移动量，分析左手性谱峰移动量和右手性谱峰移动量即可获得待测流体样本的手性灵敏度。

本发明的流体手性检测系统通过采用一种强圆二色性手性传感器件，提高了待检测流体手性检测的灵敏度。

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。