CN108844924A - 毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，属于光纤传感技术领域。本发明的技术方案要点为：传感器采用终端反射式传感结构，传感器的主体为具有包层结构的且外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，用于实现传感器对样品的自流通功能，该中空光导毛细管的端面进行平面研磨后通过结构转移法在端面制备均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜。本发明采用简单的纳米结构制备与转移工艺在光导毛细管的端面集成金纳米孔阵列，实现了等离子体共振传感，进而实现了对生化分子的特异性识别检测；由于光导毛细管的中空结构使得传感器对样品具有自流通功能。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器。
背景技术
目前采用表面等离子体共振原理的生化传感器多为棱镜耦合结构，该类传感器结构复杂、体积较大且制作成本昂贵，难以实现远程操控，不具有便携性；目前虽有多种结构的光纤表面等离子体共振传感器出现，但大多需要单独制备样品流通装置，传感器本身不具备样品自流通功能；而目前已出现的基于局域表面等离子体共振原理的光纤传感器多采用聚焦离子束刻蚀的方式制备纳米结构，价格昂贵且工艺较为复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单、设计合理且具有样品自流通功能的毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，该传感器采用具有包层结构的且外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，光在光导毛细管内壁的传播遵循全反射原理，具有光波导的特性，遵循光波导传输原理；由于光导毛细管管壁较厚且与空气折射率差较大，因此光在光导毛细管中传播时通常以多模形式存在；用光纤研磨机研磨光导毛细管端面，用于通过简单的方法实现光导毛细管平整端面的制备；在光导毛细管端面制备金纳米孔阵列，实现对生化分子的特异性识别检测。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，其特征在于：该传感器采用终端反射式传感结构，所述传感器的主体为具有包层结构的且外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，用于实现传感器对样品的自流通功能，该中空光导毛细管的端面进行平面研磨后通过结构转移法在端面制备均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜。
本发明所述的毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：在硅片上均匀镀制厚度为50nm的金膜；
步骤S2：将直径为200nm的聚苯乙烯微球与去离子水混合均匀形成聚苯乙烯分散液，将硅片裁成长条状，将聚苯乙烯分散液沿长条状硅片滴出使得聚苯乙烯微球在与水液面接触时能成单层膜即可，然后用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠使其聚集在一起后静置3h，将镀制有金膜的硅片呈45°角入水，以1mm/s的速率均匀将聚苯乙烯微球提拉出水面，最后于常温晾干即完成聚苯乙烯微球单层膜的制备；
步骤S3：用等离子体刻蚀机将聚苯乙烯微球刻蚀掉，刻蚀时间为13min，在硅片上形成均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜；
步骤S4：取60mm长、外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，用无水乙醇溶液将光导毛细管的端面清洗干净，再用光纤研磨机进行平面研磨后进行抛光处理；
步骤S5：在紫外灯照射下，将经过平面研磨和抛光处理的光导毛细管端面与硅片上形成的均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜接触，实现均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜在光导毛细管端面的转移和固化，最终制得毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器。
本发明所述的毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器在生化分子特异性识别检测中的应用，其特征在于具体过程为：采用Y型的阶跃折射率多模光纤跳线进行信号的耦合传输，光纤光源发射的宽谱光经Y型光纤跳线的一支进入毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，在光导毛细管和金纳米孔阵列结构薄膜界面激发局域表面等离子体共振，传感信号经跳线另一支耦合到光谱仪CCD上进行探测，在毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器中均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜端面修饰生化分子，进行生化分子特异性识别检测。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用简单的纳米结构制备与转移工艺在光导毛细管的端面集成金纳米孔阵列，实现了等离子体共振传感，进而实现了对生化分子的特异性识别检测；由于光导毛细管的中空结构使得传感器对样品具有自流通功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-光导毛细管，2-金膜，3-金纳米孔阵列，4-毛细管内壁。
具体实施方式
结合附图详细描述本发明的具体内容，一种毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，该传感器采用终端反射式传感结构，所述传感器的主体为具有包层结构的且外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管1，用于实现传感器对样品的自流通功能，该中空光导毛细管1的端面进行平面研磨后通过结构转移法在端面制备均布有直径为200nm金纳米孔阵列3的金膜2，采用Y型的阶跃折射率多模光纤跳线进行信号的耦合传输，光纤光源发射的宽谱光经Y型光纤跳线的一支进入毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，在光导毛细管和金纳米孔阵列结构薄膜界面激发局域表面等离子体共振，传感信号经跳线另一支耦合到光谱仪CCD上进行探测。
本发明的传感器采用具有包层结构的且外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，光在光导毛细管内壁4的传播遵循全反射原理，具有光波导的特性，遵循光波导传输原理；由于光导毛细管管壁较厚且与空气折射率差较大，因此光在光导毛细管中传播时通常以多模形式存在；用光纤研磨机研磨光导毛细管端面，用于通过简单的方法实现光导毛细管平整端面的制备；在光导毛细管端面制备金纳米孔阵列，实现对生化分子的特异性识别检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (3)
1.毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，其特征在于：该传感器采用终端反射式传感结构，所述传感器的主体为具有包层结构的且外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，用于实现传感器对样品的自流通功能，该中空光导毛细管的端面进行平面研磨后通过结构转移法在端面制备均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜。
2.权利要求1所述的毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：在硅片上均匀镀制厚度为50nm的金膜；
步骤S2：将直径为200nm的聚苯乙烯微球与去离子水混合均匀形成聚苯乙烯分散液，将硅片裁成长条状，将聚苯乙烯分散液沿长条状硅片滴出使得聚苯乙烯微球在与水液面接触时能成单层膜即可，然后用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠使其聚集在一起后静置3h，将镀制有金膜的硅片呈45°角入水，以1mm/s的速率均匀将聚苯乙烯微球提拉出水面，最后于常温晾干即完成聚苯乙烯微球单层膜的制备；
步骤S3：用等离子体刻蚀机将聚苯乙烯微球刻蚀掉，刻蚀时间为13min，在硅片上形成均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜；
步骤S4：取60mm长、外径和内径分别为350μm和250μm的中空光导毛细管，用无水乙醇溶液将光导毛细管的端面清洗干净，再用光纤研磨机进行平面研磨后进行抛光处理；
步骤S5：在紫外灯照射下，将经过平面研磨和抛光处理的光导毛细管端面与硅片上形成的均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜接触，实现均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜在光导毛细管端面的转移和固化，最终制得毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器。
3.权利要求1所述的毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器在生化分子特异性识别检测中的应用，其特征在于具体过程为：采用Y型的阶跃折射率多模光纤跳线进行信号的耦合传输，光纤光源发射的宽谱光经Y型光纤跳线的一支进入毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器，在光导毛细管和金纳米孔阵列结构薄膜界面激发局域表面等离子体共振，传感信号经跳线另一支耦合到光谱仪CCD上进行探测，在毛细管结构局域表面等离子共振生化传感器中均布有直径为200nm金纳米孔阵列的金膜端面修饰生化分子，进行生化分子特异性识别检测。
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