CN110057784A - 一种基于Fano共振的蛋白质传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Fano共振的蛋白质传感器及其制备方法，所述的传感器结构从下到上包括棱镜、金属膜、YF3膜和AlN膜。本发明制备的传感器基于Fano共振模式，灵敏度高，速度快，同时结构简单，操作方便。本发明制备的传感器具有很高的灵敏度，灵敏度可达30°/RIU。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，具体涉及一种基于Fano共振进行蛋白质分子检测的传感器。
背景技术
表面等离子体共振是一种光学物理现象，当一束电磁波以一定角度从棱镜入射到金属电介质交界面时，金属表面的电子会产生振动，形成沿金属电介质交界面传播的表面等离子体波。当表面等离子体波的频率和入射电磁波的频率相同时，两束波就会发生强烈耦合，形成表面等离子体共振。表面等离子体共振对金属附近电解质的厚度和折射率非常敏感，可以作为表面等离子体共振传感器用于检测相关参数的变化。但是在生物和医学领域中，表面等离子体传感器的灵敏度受到限制，不能满足对超低浓度蛋白质分子的检测要求。
表面等离子体波和平面波导耦合可以产生Fano共振。Fano共振具有共振峰狭窄、变化剧烈的非对称谱线特征，对周围环境的变化极其敏感，有广泛的应用前景。基于Fano共振的蛋白质传感器作为一种新型传感器具有比传统的表面等离子体传感器更高的灵敏度，可以用来检测超低浓度蛋白质分子，实现高精度快速检测。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的缺陷，提供一种基于Fano共振的高灵敏度蛋白质传感器。
本发明提供了一种基于Fano共振的蛋白质传感器，该传感器结构从下到上包括棱镜、金属膜、 YF3膜和AlN膜。
进一步地，所述的AlN膜位于传感器的最上层直接和待测介质样品接触。
进一步地，所述的AlN膜厚度为50-200nm。
进一步地，所述的YF3膜厚度为100-1000nm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用特殊结构，既能在金属膜和YF3膜交界面产生表面等离子体波，又能利用YF3膜、AlN 膜和待测介质产生平面波导模式，表面等离子体波和平面波导耦合形成Fano共振，能进一步提高传感器的检测极限。AlN膜有良好的蛋白质相容性，能与待测介质的蛋白质分子直接结合并将其固定在表面，不需要其它化学试剂，简单便捷。本发明的传感器结构简单，使用方便，灵敏度高，能实现高精度快速检测。本发明的传感器具有很高的灵敏度，灵敏度可达30°/RIU。
附图说明
图1是本发明实施例结构示意图。
图2是本发明实施例的反射率随入射角度变化的曲线示意图。
图3是本发明实施例的反射率随折射率变化的曲线示意图。
图中1-棱镜，2-金属膜，3-YF3膜，4-AlN膜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于Fano共振的蛋白质传感器，包括棱镜1、金属膜 2、YF3膜3、AlN膜4。棱镜1位于最下方，金属膜2位于棱镜1上方，YF3膜3位于金属膜2上方， AlN膜4位于YF3膜3上方，作为蛋白质分子识别层与待测介质接触。所述棱镜1和金属膜2用于激发表面等离子体波，所述YF3膜、AlN膜和待测介质用于激发平面波导模式，表面等离子体波和平面波导耦合形成Fano共振。入射光以一定角度入射到棱镜1时，一部分光发生折射在棱镜1上方的金属膜2、YF3膜3、AlN膜4和待测介质中激发Fano共振，另一部分光发生反射从棱镜1中射出，反射光包含Fano共振光谱信息，反射光反射率极小值的位置随着待测介质的折射率发生变化。通过测量发生Fano共振时，反射光反射率极小值的位置随待测介质的折射率发生的变化，就可以在角度调制模式下检测待测介质中蛋白质分子的种类和浓度。
进一步地，所述的棱镜1为SF11棱镜，金属膜2为银膜，厚度为50nm；YF3膜3厚度为800nm， AlN膜4厚度为115nm，待测介质折射率为1.3330，此时测得的反射光反射率随入射角度变化的曲线示意图如图2所示。当待测介质中加入蛋白质分子后，随着加入蛋白质分子的种类和浓度不同，待测介质的折射率会发生变化，此时测得的反射光反射率随折射率变化的曲线示意图如图3 所示。从图中可以看出，当待测介质的折射率变化Δn＝0.0001RIU时，反射光反射率曲线位置变化 0.003°，由此可以得出该传感器的灵敏度为30°/RIU。
Claims (5)
1.一种基于Fano共振的蛋白质传感器，其特征在于所述基于Fano共振的蛋白质传感器结构从下到上包括棱镜、金属膜、YF3膜和AlN膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于Fano共振的蛋白质传感器，其特征在于所述的AlN膜位于传感器的最上层直接和待测介质样品接触。
3.根据权利要求1所述的一种基于Fano共振的蛋白质传感器，其特征在于所述的AlN膜厚度为50-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于Fano共振的蛋白质传感器，其特征在于所述的YF3膜厚度为100-1000nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于Fano共振的蛋白质传感器的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
(1)将所述棱镜1依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各自超声清洗3分钟，氮气吹干；
(2)通过磁控溅射法或电子束沉积法在所述棱镜1上表面蒸镀金属膜2；
(3)通过磁控溅射法或电子束沉积法在所述金属膜2上表面蒸镀YF3膜3；
(4)通过磁控溅射法或电子束沉积法在所述YF3膜3上表面蒸镀AlN膜4。
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