CN105911013A - 一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法 - Google Patents
一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105911013A CN105911013A CN201610242902.5A CN201610242902A CN105911013A CN 105911013 A CN105911013 A CN 105911013A CN 201610242902 A CN201610242902 A CN 201610242902A CN 105911013 A CN105911013 A CN 105911013A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- sputtering
- chalcogenide glass
- core layer
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 90
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 71
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 54
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 31
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 claims description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 27
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 18
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 claims description 18
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 9
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 147
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 abstract description 7
- 244000052769 pathogen Species 0.000 abstract description 5
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 5
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- 239000013039 cover film Substances 0.000 abstract 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 2
- DKIDEFUBRARXTE-UHFFFAOYSA-N 3-mercaptopropanoic acid Chemical compound OC(=O)CCS DKIDEFUBRARXTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000006121 base glass Substances 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 150000002343 gold Chemical class 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000886 photobiology Effects 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
- G01N33/552—Glass or silica
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片，包括自下而上依次叠置的衬底、包层薄膜、芯层薄膜和功能化层；衬底为硅片或石英玻璃片；包层薄膜的组成为Ge‑Te系硫系玻璃材料，包层薄膜的厚度为10～1000 μm；芯层薄膜的组成为Ge‑Ga‑Te系硫系玻璃材料，芯层薄膜的厚度为0.5～10 μm；功能化层为金纳米层，功能化层的厚度为5～100 nm；与III‑V半导体材料为基础的传感芯片相比，本发明生物传感芯片采用硫系玻璃材料，其毒性较小；本发明分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法简便易行，制备的通过形成倏逝波原理的波导结构，工作范围在2～20 μm，可用于病原体检测和分子识别，通过分子官能团的振动吸收信号放大并与分子特征图谱对比获得被检测分子信息。
Description
技术领域
本发明属于无标记检测用生物传感芯片及其制备领域，具体涉及一种可在2～20 μm范围内进行病原体检测和分子识别的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法。
背景技术
对生物分子进行检测的方法有很多，目前，使用最广泛的生物成分识别方法是固定化的生物大分子多组分阵列分析，它既可以用于检测DNA/RNA和蛋白质，也可以用来检测细菌。基于阵列的分析主要使用荧光、酶、放射性同位素示踪分子来进行目标的识别，但在分析前临时去标记生物分子是不太现实的，因此，无标记检测技术就显现出了它的优势。
无标记检测技术中，应用最多的是表面等离子体共振（SPR）生物传感器，该生物传感器利用阵列表面目标物的吸收/解吸作用所引起的光学性质（即反射率）的改变进行测量，可以用来检测DNA/RNA、肽/蛋白质、碳水化合物和细菌。而相比于SPR生物传感器，中红外生物传感器可以实现更强大的功能。
中红外生物传感器因其固有的分子选择性而获得关注，它可以用于各种化学成分及生物种类的定性和定量分析。波导和在中红外光谱区域透明的光纤材料使有机分子能够实现本振指纹吸收。中红外波导的应用有助于将台式光学仪器，如FT-IR光谱仪，转变成为有着更高敏感度的小型便携生物光学传感器。例如，Afanasyeva 等使用光纤倏逝波传感器来诊断乳腺癌[Proc SPIE,
1998, 3250:140]；Bruch等人调查了许多种在皮肤学中利用中红外光纤传感器的方式[Proc SPIE, 1998, 3564:42]；Yu和Iruclayaraj已经证实了细菌靶体能被识别及区分，是基于它们的种类及应变水平的中红外特征的不同[J. Biopolymers,
2005, 77(6): 368]。基于此，我们推测，在中红外传感器提供特征振动指纹的同时，也可以执行生物传感器的功能，从而形成一个基本的无标记综合检测系统。
硫系玻璃在光谱的红外区域的透过性好，尤其是Te基玻璃，其透过范围覆盖大气的3～5 μm和8～12 μm两个透过窗口，可广泛用于各类红外光学器件。同时也覆盖分子的官能团区，利用倏逝波波导结构，可制备用于分子检测、医学诊断等的生物传感器。尽管许多的III-V半导体材料已被用于红外设备，但是这些材料的毒性及制作的成本限制了其应用。而非晶硫化物，特别是含Ge的硫族化合物毒性较小。此外，无定型硫族化合物独特的光敏性，如光暗化效应、光学带隙和折射率的改变，可以用于制作具有通信和数据存储功能的光学元件，这个过程比使用III-V半导体波导的化学蚀刻过程更加简单且经济有效。基于硫系玻璃的生物传感芯片在理论上是可以利用其宽透过范围，通过倏逝波原理的波导结构对分子官能团的振动吸收放大并与分子特征图谱对比获得分子信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种可在2～20 μm范围内进行病原体检测和分子识别的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片，包括自下而上依次叠置的衬底、包层薄膜、芯层薄膜和功能化层；所述的衬底为硅片或石英玻璃片；所述的包层薄膜的组成为Ge-Te系硫系玻璃材料，所述的包层薄膜的厚度为10～1000 μm；所述的芯层薄膜的组成为Ge-Ga-Te系硫系玻璃材料，所述的芯层薄膜的厚度为0.5～10 μm；所述的功能化层为金纳米层，所述的功能化层的厚度为5～100
nm。
本发明公开的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片，其包层薄膜由具有较低折射率的Ge-Te系硫系玻璃材料组成，芯层薄膜由具有较高折射率的Ge-Ga-Te系硫系玻璃材料组成，形成波导结构；芯层薄膜表面的功能化层为金纳米层，在使用时，可通过在该金纳米层的表面涂覆类锚分子MPA（即3-巯基丙酸）和MHA（即16-巯基十六烷基酸）与金原子结合形成自组装层，使抗体可被连接，进而抗体捕获目标检测物中的细胞分子信息，最后通过对比抗体吸附靶体前后的分子红外谱进行检测和指纹识别。
与III-V半导体材料为基础的传感芯片相比，本发明生物传感芯片采用硫系玻璃材料，其毒性较小。本发明生物传感芯片通过形成倏逝波原理的波导结构，工作范围在2～20 μm，可用于病原体检测和分子识别，通过分子官能团的振动吸收信号放大并与分子特征图谱对比获得被检测分子信息。
作为优选，所述的包层薄膜的组成为GeTe4硫系玻璃材料，所述的芯层薄膜的组成为Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料。Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料具有优异的透红外性能，作为芯层薄膜的组成材料时，赋予薄膜生物传感芯片更优异的性能，使薄膜生物传感芯片的工作范围为2～20 μm，完全覆盖了分子官能团区及3～5 μm和8～12 μm两个大气透过窗口。
一种上述分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用硅片或石英玻璃片为衬底，将Ge-Te系硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge-Ga-Te系硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为10～90 W，溅射速率为10～20 Å/s，进行直流磁控溅射，在硅片或石英玻璃片衬底的表面溅射得到厚度为10～1000 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为10～50 W，溅射速率为4～10 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为0.5～10 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为5～100 nm的功能化层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：与III-V半导体材料为基础的传感芯片相比，本发明生物传感芯片采用硫系玻璃材料，其毒性较小。本发明分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法简便易行，制备的通过形成倏逝波原理的波导结构，工作范围在2～20 μm，可用于病原体检测和分子识别，通过分子官能团的振动吸收信号放大并与分子特征图谱对比获得被检测分子信息。进一步地，可选用GeTe4硫系玻璃材料作为包层薄膜，Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料作为芯层薄膜，完全覆盖了分子官能团区及3～5 μm和8～12 μm两个大气透过窗口。
附图说明
图1为本发明硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图；
图2为实施例1的硫系玻璃薄膜生物传感芯片的传输光谱图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用硅片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为10 W，溅射速率为10 Å/s，进行直流磁控溅射，在硅片衬底的表面溅射得到厚度为10 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为10 W，溅射速率为4 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为0.5 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为5 nm的功能化层，即得到实施例1的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例1的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为10 μm，芯层薄膜3的厚度为0.5 μm，功能化层4的厚度为5 nm。检测时，在图1所示的薄膜生物传感芯片的左侧耦合注入红外光，右侧使用红外光谱仪进行检测，得到的传输光谱图如图2所示，红外光在波导结构中的传输路径示意图如图1中箭头所示。从图2可见其传输透过范围为2～20 μm。
实施例2的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用石英玻璃片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为30 W，溅射速率为12 Å/s，进行直流磁控溅射，在石英玻璃片衬底的表面溅射得到厚度为50 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为15 W，溅射速率为6 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为1 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为10 nm的功能化层，即得到实施例2的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例2的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为50 μm，芯层薄膜3的厚度为1 μm，功能化层4的厚度为10 nm。
实施例3的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用硅片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为40 W，溅射速率为15 Å/s，进行直流磁控溅射，在硅片衬底的表面溅射得到厚度为100 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为20 W，溅射速率为8 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为2 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为20 nm的功能化层，即得到实施例3的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例3的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为100 μm，芯层薄膜3的厚度为2 μm，功能化层4的厚度为20 nm。
实施例4的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用石英玻璃片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为50 W，溅射速率为15 Å/s，进行直流磁控溅射，在石英玻璃片衬底的表面溅射得到厚度为200 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为25 W，溅射速率为8 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为3 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为20 nm的功能化层，即得到实施例4的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例4的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为200 μm，芯层薄膜3的厚度为3 μm，功能化层4的厚度为20 nm。
实施例5的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用石英玻璃片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为90 W，溅射速率为20 Å/s，进行直流磁控溅射，在石英玻璃片衬底的表面溅射得到厚度为500 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为50 W，溅射速率为10 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为5 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为50 nm的功能化层，即得到实施例5的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例5的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为500 μm，芯层薄膜3的厚度为5 μm，功能化层4的厚度为50 nm。
实施例6的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用硅片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为90 W，溅射速率为20 Å/s，进行直流磁控溅射，在硅片衬底的表面溅射得到厚度为1000 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为50 W，溅射速率为10 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为10 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为100
nm的功能化层，即得到实施例6的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例6的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为1000 μm，芯层薄膜3的厚度为10 μm，功能化层4的厚度为100 nm。
实施例7的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用石英玻璃片为衬底，将GeTe4硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25
Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为75 W，溅射速率为18 Å/s，进行直流磁控溅射，在石英玻璃片衬底的表面溅射得到厚度为800 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为45 W，溅射速率为9 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为8 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4 Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为75 nm的功能化层，即得到实施例7的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片。
实施例7的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的结构示意图如图1所示。该薄膜生物传感芯片包括自下而上依次叠置的衬底1、包层薄膜2、芯层薄膜3和功能化层4，其中，包层薄膜2的厚度为800 μm，芯层薄膜3的厚度为8 μm，功能化层4的厚度为75 nm。
Claims (3)
1.一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片，其特征在于包括自下而上依次叠置的衬底、包层薄膜、芯层薄膜和功能化层；所述的衬底为硅片或石英玻璃片；所述的包层薄膜的组成为Ge-Te系硫系玻璃材料，所述的包层薄膜的厚度为10～1000 μm；所述的芯层薄膜的组成为Ge-Ga-Te系硫系玻璃材料，所述的芯层薄膜的厚度为0.5～10 μm；所述的功能化层为金纳米层，所述的功能化层的厚度为5～100 nm。
2.根据权利要求1所述的一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片，其特征在于所述的包层薄膜的组成为GeTe4硫系玻璃材料，所述的芯层薄膜的组成为Ge15Ga10Te75硫系玻璃材料。
3.一种权利要求1或2所述的分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在磁控溅射镀膜系统中，采用硅片或石英玻璃片为衬底，将Ge-Te系硫系玻璃材料靶材安装在直流磁控溅射靶中，将Ge-Ga-Te系硫系玻璃材料靶材安装在射频磁控溅射靶中；
2）对磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度小于5×10-4 Pa；
3）向溅射腔室内通入体积流量为47.6 mL/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需的起辉气压0.25 Pa；
4）调整直流磁控溅射靶的溅射功率为10～90 W，溅射速率为10～20 Å/s，进行直流磁控溅射，在硅片或石英玻璃片衬底的表面溅射得到厚度为10～1000 μm的包层薄膜；
5）调整射频磁控溅射靶的溅射功率为10～50 W，溅射速率为4～10 Å /s，进行射频磁控溅射，在包层薄膜的表面溅射得到厚度为0.5～10 μm的芯层薄膜，获得叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底；
6）向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室充入空气后打开，取出步骤5）获得的叠置有包层薄膜和芯层薄膜的衬底，采用热蒸发法在芯层薄膜的表面镀金，热蒸发真空度小于5×10-4
Pa，在芯层薄膜的表面得到厚度为5～100 nm的功能化层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610242902.5A CN105911013B (zh) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | 一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610242902.5A CN105911013B (zh) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | 一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105911013A true CN105911013A (zh) | 2016-08-31 |
| CN105911013B CN105911013B (zh) | 2018-06-26 |
Family
ID=56747415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610242902.5A Active CN105911013B (zh) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | 一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105911013B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108344714A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-07-31 | 东南大学 | 基于有序多孔纳米结构薄膜干涉效应的生物检测仪及其进行生物分子检测的方法 |
| CN108919420A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-30 | 宁波大学 | 一种应用于中红外波段的硫系波导结构 |
| CN113917573A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-11 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 无定形红外膜系结构及其制备方法 |
-
2016
- 2016-04-18 CN CN201610242902.5A patent/CN105911013B/zh active Active
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A.S.TVERYANOVICH ET AL.: "Chalcogenide Thin Film Substrate for Protein Biochip Application", 《JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY》 * |
| MARIE-LAURE ANNE ET AL.: "Chalcogenide Glass Optical Waveguides for Infrared Biosensing", 《SENSORS》 * |
| 尹冬梅 等: "红外硫系玻璃光纤在传感领域的研究进展", 《激光与光电子学进展》 * |
| 程辞 等: "远红外Ge-Ga-Te-Ag硫系玻璃性能研究", 《光子学报》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108344714A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-07-31 | 东南大学 | 基于有序多孔纳米结构薄膜干涉效应的生物检测仪及其进行生物分子检测的方法 |
| WO2019141287A1 (zh) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 东南大学 | 基于有序多孔纳米结构薄膜干涉效应的生物检测仪及其进行生物分子检测的方法 |
| CN108344714B (zh) * | 2018-01-16 | 2020-07-31 | 东南大学 | 基于有序多孔纳米结构薄膜干涉效应的生物检测仪及其进行生物分子检测的方法 |
| CN108919420A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-30 | 宁波大学 | 一种应用于中红外波段的硫系波导结构 |
| CN113917573A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-11 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 无定形红外膜系结构及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105911013B (zh) | 2018-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Peltomaa et al. | Optical biosensors for label-free detection of small molecules | |
| Masson | Portable and field-deployed surface plasmon resonance and plasmonic sensors | |
| Xu et al. | Toward flexible surface‐enhanced Raman scattering (SERS) sensors for point‐of‐care diagnostics | |
| Seo et al. | Terahertz biochemical molecule‐specific sensors | |
| Mukundan et al. | Waveguide-based biosensors for pathogen detection | |
| Homola | Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species | |
| Sreekanth et al. | Enhancing the angular sensitivity of plasmonic sensors using hyperbolic metamaterials | |
| Zhou et al. | Molecule-specific terahertz biosensors based on an aptamer hydrogel-functionalized metamaterial for sensitive assays in aqueous environments | |
| Gao et al. | Graphene and its derivatives-based optical sensors | |
| TWI364533B (en) | A method for improving surface plasmon resonance by using conducting metal oxide as adhesive layer | |
| US6893876B2 (en) | Enhancing surface-generated fluorescence signal emitted by a sample | |
| US20180003706A1 (en) | System, method, and module for biomarker detection | |
| CN102884414B (zh) | 结构体、定域型表面等离子共振传感器用芯片、及定域型表面等离子共振传感器、以及它们的制造方法 | |
| US20080014632A1 (en) | Near ultraviolet-wavelength photonic-crystal biosensor with enhanced surface to bulk sensitivity ratio | |
| Nangare et al. | Black phosphorus nanostructure based highly sensitive and selective surface plasmon resonance sensor for biological and chemical sensing: a review | |
| Guo et al. | From lab to field: Surface-enhanced Raman scattering-based sensing strategies for on-site analysis | |
| JP5488469B2 (ja) | 光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法 | |
| WO2005114298A3 (en) | Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by sers | |
| WO2016065487A1 (en) | System, method and apparatus for pathogen detection | |
| CN105911013A (zh) | 一种分子检测用硫系玻璃薄膜生物传感芯片及其制备方法 | |
| KR101297325B1 (ko) | 금속성 탄소나노구조체 층이 형성된 프리즘을 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서 및 그의 제조 방법 | |
| CN107356561A (zh) | 二硫化钨增敏的表面等离子体共振传感器及其制备方法 | |
| US7046893B2 (en) | Layer structure and optical waveguide sensor based on photoaddressable polymers | |
| Nekrasov et al. | Spectral-phase interferometry detection of ochratoxin a via aptamer-functionalized graphene coated glass | |
| Wu et al. | Long-range SERS detection of the SARS-CoV-2 antigen on a well-ordered gold hexagonal nanoplate film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |