一种新型表面等离激元共振生物传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型表面等离激元共振生物传感器，属于纳米技术、生物技术科学领域。
【背景技术】
[0002]近年来，对金属表面等离激元(SPP)的研究取得了长足的进展。SPP是指由外部电磁场(如光波)诱导金属微纳结构表面自由电子的集体振荡，它具有一个突出特点就是可以实现表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)，共振时局部电场可以增大上千倍。因此可以极大的提高电场与物质的作用效果，在生物传感领域应用十分广泛，已成为人们分析物质浓度的强有力的技术手段。本实用新型提出了一种新型的SPR传感技术，采用纳米球外覆金属薄膜作为传感单元，并用石墨烯封装，具有灵敏性高和适用范围广的特点。
【发明内容】
[0003]本实用新型需要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种灵敏度高、应用范围广泛、价格经济的一种新型表面等离激元共振生物传感器。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:
[0005]—种新型表面等离激元共振生物传感器，由棱镜(1)、纳米颗粒阵列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯(4)以及样品池(5)组成，纳米颗粒阵列(2)位于棱镜(1)的下表面，二氧化硅薄膜(3)覆盖在纳米颗粒阵列(2)上，石墨烯(4)覆盖在二氧化硅薄膜(3)上，棱镜(1)为高折射率材料，纳米颗粒阵列(2)由聚苯乙稀纳米球(6)外覆金属薄膜(7)组成。
[0006]所述的棱镜(1)为折射率大于二氧化硅薄膜(3)的材料，且相对于入射光为低损耗，优选为重火石玻璃或砸基氧硫玻璃或硅。
[0007 ] 所述聚苯乙稀纳米球(6)直径为50nm?80nm，单层紧邻排布。
[0008]所述金属薄膜(7)材料为金或银或招，厚度为10nm?80nm。
[0009]所述二氧化娃薄膜(3)厚度介于10nm与0.25倍入射波长之间。
所述石墨稀(4)层数为1?8层。
[0011 ]本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0012]1.超高的灵敏度。本实用新型设计的SPR生物传感器与传统的生物传感器相比灵敏度提高将近1个量级。
[0013]2.待测物质检测范围种类广。本生物传感器克服待测样品物态受限的缺点，既能进行液态检测又可进行气态检测，应用范围广。
[0014]3.使用寿命长。石墨烯具有很强的抗氧化能力，可保护金属层不被氧化和腐蚀，增长传感器的使用寿命。
[0015]4.操作波长宽。本实用新型选用的棱镜材料具有较宽的操作波长，可以在不同波段对样品进行检测。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构示意图；
[0017]图2表面等离激元共振峰；
[0018]图3测试样品的共振峰移动。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0020]如图1所示，本实用新型由棱镜(丨)、纳米颗粒阵列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯
(4)以及样品池(5)组成，纳米颗粒阵列(2)位于棱镜(1)的下表面，二氧化硅薄膜(3)覆盖在纳米颗粒阵列(2)上，石墨烯(4)覆盖在二氧化硅薄膜(3)上。当棱镜(1)为重火石玻璃，金属薄膜(7)为银，厚度h为10nm，二氧化硅薄膜(3)厚度为25醒，石墨烯(4)厚度为0.34nm时，为入射波长700nm所用的表面等离激元共振传感器。
[0021 ]当用TM偏振的700nm激光光源入射时，经过棱镜(1)折射后到达纳米颗粒阵列
(2)。当入射角度大于全反射临界角后，在棱镜(1)和纳米颗粒阵列(2)的界面处产生消逝波，该消逝波将激发表面等离激元共振模式。当覆盖于聚苯乙烯纳米球(6)上的金属薄膜
(7)厚度h为10nm?80nm时，可以显著增强这种共振模式，其作用类似于纳米球壳。共振发生时，局部电场增大，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现表面等离激元共振峰，如图2所示。该共振峰对样品折射率的改变十分敏感，当被石墨烯(4)吸附的样品折射率改变时，共振峰位置将发生改变，实现对样品的检测，如图3所示。石墨烯(4)介电常数具有较大的虚部，在可见光波段比Ag要大一个数量级。这会导致表面等离激元共振时损耗增大，引起共振峰变宽，使得传感器的准确度降低。在金属薄膜(7)与石墨烯(4)之间添加二氧化硅薄膜(3)调节膜系的等效介电常数，厚度介于10nm与0.25倍入射波长之间。
[0022]本实用新型的具体制作步骤如下:
[0023]a.将聚苯乙烯纳米球分散液均匀涂覆在棱镜下表面，形成紧邻的单层纳米球阵列;b.真空环境下采用磁控溅射在棱镜下表面的纳米球阵列上镀金属薄膜，厚度为10nm?80nm;c.采用液相沉积技术法(LPD)在金属银或铝膜上生长二氧化硅薄膜，膜厚为10nm?
0.25倍入射波长；d.采用化学气相沉积法(CVD)生长石墨烯，厚度为0.34nm~2.72nm；e.清洗、烘干，完成制作。
【主权项】
1.一种新型表面等离激元共振生物传感器，由棱镜(1)、纳米颗粒阵列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯(4)以及样品池(5)组成，纳米颗粒阵列(2)位于棱镜(1)的下表面，二氧化硅薄膜(3)覆盖在纳米颗粒阵列(2)上，石墨烯(4)覆盖在二氧化硅薄膜(3)上，其特征在于:棱镜(1)为高折射率材料，纳米颗粒阵列(2)由聚苯乙烯纳米球(6)外覆金属薄膜(7)组成。2.根据权利要求1所述的新型表面等离激元共振生物传感器，其特征在于:所述的棱镜(1)为折射率大于二氧化硅薄膜(3)的材料，且相对于入射光为低损耗。3.根据权利要求1所述的新型表面等离激元共振生物传感器，其特征在于:所述聚苯乙稀纳米球(6)直径为50nm?80nm，单层紧邻排布。4.根据权利要求1所述的新型表面等离激元共振生物传感器，其特征在于:所述金属薄膜(7)覆盖在聚苯乙稀纳米球(6)上，距离纳米球顶部厚度h为10nm?80nm，材料为金或银或招ο5.根据权利要求1所述的新型表面等离激元共振生物传感器，其特征在于:所述二氧化硅薄膜(3)厚度介于10nm与0.25倍入射波长之间。6.根据权利要求1所述的新型表面等离激元共振生物传感器，其特征在于:所述石墨烯(4)层数为1?8层。
【专利摘要】一种新型表面等离激元共振生物传感器，由棱镜(1)、纳米颗粒阵列(2)、二氧化硅薄膜(3)、石墨烯(4)以及样品池(5)组成，纳米颗粒阵列(2)位于棱镜(1)的下表面，二氧化硅薄膜(3)覆盖在纳米颗粒阵列(2)上，石墨烯(4)覆盖在二氧化硅薄膜(3)上，其特征在于：棱镜(1)为高折射率材料，纳米颗粒阵列(2)由聚苯乙烯纳米球(6)外覆金属薄膜(7)组成。本实用新型既利用了纳米颗粒阵列激发SPP的灵敏特性，又利用了石墨烯自身的几何结构特点加强了对待测分子的吸附，同时也起到了保护金属不被氧化的作用，实现了提高了生物传感器灵敏度和准确度的目的。
【IPC分类】G01N21/552
【公开号】CN205120588
【申请号】CN201520394515
【发明人】石建平, 查射曦, 米佳佳, 赵小童, 黄万霞
【申请人】安徽师范大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年6月9日