CN110108668A - 一种基于银三角板的u型光纤lspr传感器 - Google Patents

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王�琦
宋行
张洪鑫
孙卓
任子洋
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

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Abstract

本发明公开了一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，具体结构包括：U型光纤结构，所述U型光纤结构包括两个多模光纤和一个U型的多模光纤核心，所述多模光纤核心的两端分别与多模光纤相连接，所述多模光纤核心包括U型弯曲部，所述U型弯曲部的表面镀有银三角板纳米粒子，所述银三角板纳米粒子的表面镀有氧化石墨烯。该LSPR传感器采用U型光纤结构，可以在增大传感面积的同时减少传感器探头体积，在U型弯曲部分的光纤表面镀上一层银三角板纳米粒子，由于银三角板纳米粒子有着锐利的尖端，其尖端放电的特性可以有效的提高局域电场的场强。

Description

一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器。
背景技术
Local surface plasmon resonance(LSPR)是指局域表面等离子体共振，是当金、银等敏感膜不在连续，在某一区域出现单个的、没有其他金属粒子相连的单独的金属粒子，此时金属粒子也会在入射光的照射下产生表面等离子体共振，当入射光产生的电磁场振动频率与单个金属粒子的自由电子产生的电磁场振动频率相等时，就会产生共振，入射光的能量被大量吸收，这种现象即为局域表面等离子体共振。
近年来，纳米粒子和涂料的最新进展为基于金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)光纤传感器带来了新的发展，已广泛应用于许多领域如化学和生物特性的测量和分析，如环境安全监测和癌症的早期发现。局域化表面等离子体共振是指在紫外可见区域中由贵金属纳米颗粒如金，银和铂表现出的光的吸收和散射特性。LSPR现象产生的消光范围受周围介质的形状，大小，材料和折射率的影响。LSPR效应会使反射光的能量发生锐减，从而形成共振波谷，同时，LSPR对外界折射率十分敏感，当所测溶液浓度改变，即外界溶液折射率改变时，LSPR的共振波谷就会随之移动。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明通过检测LSPR共振波谷的偏移量而实现生物传感。与传统的棱镜式LSPR传感器相比，光纤LSPR传感器光具有制作简单，成本低，结构小型化和抗电磁干扰等优势，因此本发明解决了现有光纤LSPR生物传感器的灵敏度和精确性较低的问题，本发明公开的一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，具体结构包括：U型光纤结构，所述U型光纤结构包括两个多模光纤和一个U型的多模光纤核心，所述多模光纤核心的两端分别与多模光纤相连接，所述多模光纤核心包括U型弯曲部，所述U型弯曲部的表面镀有银三角板纳米粒子，所述银三角板纳米粒子的表面镀有氧化石墨烯。
进一步的，所述U型弯曲部的弯曲半径为0.5～50nm。
进一步的，所述银三角板纳米粒子的尺寸为5～200nm。
进一步的，所述氧化石墨烯的厚度为0.5～3nm。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，该LSPR传感器采用U型光纤结构，可以在增大传感面积的同时减少传感器探头体积，在U型弯曲部分的光纤表面镀上一层银三角板纳米粒子，由于银三角板纳米粒子有着锐利的尖端，其尖端放电的特性可以有效的提高局域电场的场强，增强LSPR响应的产生，在银纳米粒子表面镀上一层氧化石墨烯，在保护银三角板纳米粒子的同时可以有效的提高传感器的灵敏度。并且光纤LSPR传感器具有体积小，制作工艺简单的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基于银三角板纳米粒子U型光纤LSPR传感器结构示意图；
图2是本发明实施例1中的基于银三角板纳米粒子U型光纤LSPR传感系统结构示意图；
图3是本发明实施例1中的基于银球形和三角板纳米粒子U型光纤LSPR传感器在不同折射率溶液中的敏感光谱图；
图4是本发明实施例2中的基于银球形和三角板纳米粒子U型光纤LSPR传感器的灵敏度曲线。
100、U型光纤结构，1、多模光纤，2、多模光纤核心，3、U型弯曲部，4、银三角板纳米粒子，5、氧化石墨烯。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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和图2所示的一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，其中包括：U型光纤结构100，所述U型光纤结构100包括两个多模光纤1和一个U型的多模光纤核心2，所述多模光纤核心2的两端分别与多模光纤1相连接，所述多模光纤核心2包括U型弯曲部3，所述U型弯曲部3的表面镀有银三角板纳米粒子4，所述银三角板纳米粒子4的表面镀有氧化石墨烯5。
进一步的，所述U型弯曲部3的弯曲半径为0.5～50nm。
进一步的，所述银三角板纳米粒子4的尺寸为5～200nm。
进一步的，所述氧化石墨烯5的厚度为0.5～3nm。
实施例：本实施例中，制备了用于检测溶液折射率的基于银球形和三角板形纳米粒子U型光纤LSPR传感器。
首先测试基于球形银纳米粒子的LSPR传感器的折射率灵敏度。制备不同浓度的葡萄糖溶液，测得的折射率分别为1.3317,1.3405,1.3484,1.3545,1.3610,1.3640。在每次测量期间，传感探头完全浸没在溶液中，直到计算机上显示出稳定的光谱。然后，在测量完成后取下并冲洗探头，并在空气中干燥。最后，在不同的折射率溶液中获得的光谱如图3(a)所示。从图3(a)可以看出，随着溶液的折射率增加，最大吸收波长的位置显示出明显的红移。
折射率灵敏度定义为
S＝Δλ/Δn
Δλ为最大吸收波长的位置变化，Δn是溶液折射率的变化。根据折射率灵敏度的定义，如图4(a)所示，基于球形银纳米粒子的LSPR传感器的折射率灵敏度为342.7nm/RUI。
然后是对于银三角板纳米粒子U型光纤传感折射率灵敏度的测量。将探针浸入不同折射率的葡萄糖溶液中，具体操作步骤与上述球形银纳米粒子传感器的折射率灵敏度相同。最终光谱如图3(b)所示。从图3(b)中我们还可以观察到，随着折射率的增加，最大吸收波长的位置发生红移。然而，与球形银纳米颗粒传感器相比，当折射率变化范围较小时，三角形银纳米颗粒传感器具有较大的红移。从图4(b)所示的拟合曲线可以得出三角板银纳米粒子传感器的折射率灵敏度为1116.8nm/RIU的结论。根据实验结果，三角形银纳米粒子传感器的灵敏度是球形的3.258倍。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，其特征在于包括：U型光纤结构(100)，所述U型光纤结构(100)包括两个多模光纤(1)和一个U型的多模光纤核心(2)，所述多模光纤核心(2)的两端分别与多模光纤(1)相连接，所述多模光纤核心(2)包括U型弯曲部(3)，所述U型弯曲部(3)的表面镀有银三角板纳米粒子(4)，所述银三角板纳米粒子(4)的表面镀有氧化石墨烯(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，其特征在于，所述U型弯曲部(3)的弯曲半径为0.5～50nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，其特征在于，所述银三角板纳米粒子(4)的尺寸为5～200nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，其特征在于，所述氧化石墨烯(5)的厚度为0.5～3nm。
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