CN111829990A - 一种lspr反射式生物传感芯片及其制备方法、重复利用方法和应用 - Google Patents

一种lspr反射式生物传感芯片及其制备方法、重复利用方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种LSPR反射式生物传感芯片及其制备方法、重复利用方法和应用，涉及微纳米制备技术领域。本发明提供的LSPR反射式生物传感芯片，包括具有岛状纳米阵列结构表面的基底和位于所述岛状纳米阵列结构表面的等离子体材料层；所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面形状为倒梯形或T型。本发明提供的LSPR反射式生物传感芯片被污染或氧化失效后，只需要将被污染或氧化的等离子体材料层去除、重新沉积等离子体材料即可得到全新的LSPR反射式生物传感芯片，其使用性能不受影响。实施例结果表明，本发明提供的LSPR反射式生物传感芯片可重复利用10次以上，重复利用率高，大大降低了成本。

Description

一种LSPR反射式生物传感芯片及其制备方法、重复利用方法 和应用
技术领域
本发明涉及微纳米制备技术领域，具体涉及一种LSPR反射式生物传感芯片及其制备方法、重复利用方法和应用。
背景技术
局域表面等离子体共振(LSPR)传感技术具有高灵敏度、无需标记和实时快速检测等优点，基于LSPR效应的生物传感芯片被广泛应用于基因和蛋白质识别、生物战剂探测、葡萄糖的实时监测、单分子探测、病毒和细菌的快速鉴定以及痕量爆炸物探测等领域。金属的LSPR效应在很大程度上决定了金属纳米结构的表面增强拉曼散射活性，而金属纳米结构的尺寸、形状、外部介电环境以及粒子的材料等因素都会影响纳米颗粒的LSPR波长，并影响表面增强拉曼光谱应用中与激励光源波长的匹配。金属纳米粒子的LSPR效应可显著提高表面增强拉曼散射的增强因子(EF)及探测灵敏度，表面增强拉曼光谱已达到单分子探测水平，金属纳米粒子产生的表面增强拉曼散射的增强因子可达1014～1015。因此，高增强因子的局域表面等离子体微结构生物传感芯片，满足了生物、化学物质的快速特异性检测需求。
然而，现有LSPR生物传感芯片仅为一次性的，在检测环境下易被检测物污染或氧化失效，不能实现重复利用的目的，大大增加了使用成本，限制了该类型生物传感芯片的进一步推广。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种LSPR反射式生物传感芯片及其制备方法、重复利用方法和应用，本发明提供的LSPR反射式生物传感芯片的重复利用率高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种LSPR反射式生物传感芯片，包括具有岛状纳米阵列结构表面的基底和位于所述岛状纳米阵列结构表面的等离子体材料层；
所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面的形状为倒梯形或T型。
优选的，所述岛状纳米阵列结构的单体在平行于所述基底表面的方向的尺寸为50～1000nm，深度为100～1000nm。
优选的，所述等离子体材料层包括金属单质膜或合金膜；
所述金属单质膜包括金膜、银膜、铝膜和铬膜中的一种或几种；
所述合金膜包括银铝合金或金银合金。
优选的，所述等离子体材料层的厚度为10～500nm。
本发明提供了上述技术方案所述LSPR反射式生物传感芯片的制备方法，
(i)当所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面的形状为倒梯形时，所述制备方法包括以下步骤：
在基底表面沉积金属，在所述基底表面形成金属反射层；
在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层；
依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构；
通过第一刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第二刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对基底进行第三刻蚀，然后除去光刻胶层和金属反射层，得到具有岛状倒梯形纳米阵列结构表面的基底；
在所述具有岛状倒梯形纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片；
(ii)当所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面的形状为T型时，所述制备方法包括以下步骤：
在基底表面沉积结构材料，在所述基底表面形成结构材料层；
在所述结构材料层表面沉积金属，在所述结构材料层表面形成金属反射层；
在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层；
依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构；
通过第四刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第五刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对所述结构材料层进行第六刻蚀，以对结构材料层作为掩蔽层对所述基底进行第七刻蚀，然后除去残余的光刻胶层、结构材料层和金属反射层，得到具有岛状T型纳米阵列结构表面的基底；
在所述具有岛状T型纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片。
优选的，(i)和(ii)中所述金属反射层的厚度独立地为10～500nm。
优选的，所述结构材料包括氧化铝或二氧化硅。
优选的，(i)和(ii)中所述光刻胶层的厚度独立地为20～200nm。
上述技术方案所述的LSPR反射式生物传感芯片或上述技术方案所述制备方法得到的LSPR反射式生物传感芯片被污染后的重复利用方法，包括以下步骤：
将使用过的LSPR反射式生物传感芯片的等离子体材料层去除后再沉积等离子体材料层，得到LSPR反射式生物传感芯片。
本发明还提供了上述技术方案所述LSPR反射式生物传感芯片、上述技术方案所述制备方法得到的LSPR反射式生物传感芯片或上述技术方案所述重复利用方法得到的LSPR反射式生物传感芯片在食品、药物或环境中微量物质检测的应用。
本发明提供了一种LSPR反射式生物传感芯片，包括具有岛状纳米阵列结构表面的基底和位于所述岛状纳米阵列结构表面的等离子体材料层；所述岛状纳米阵列结构的单体的形状为倒梯形或T型。本发明提供的LSPR反射式生物传感芯片被污染或氧化失效后，只需要将被污染或氧化的等离子体材料层去除、重新沉积等离子体材料即可得到全新的LSPR反射式生物传感芯片，其使用性能不受影响。实施例结果表明，本发明提供的LSPR反射式生物传感芯片可重复利用10次以上，重复利用率高，大大降低了成本。
本发明提供的制备方法，操作简单，成本低，具有较高的工艺重复性，LSPR反射式生物传感芯片的良品率较高，适宜工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的LSPR反射式生物传感芯片的工艺流程图；
图2为实施例1制备的LSPR反射式生物传感芯片的SEM图；
图3为实施例2制备的LSPR反射式生物传感芯片的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种LSPR反射式生物传感芯片，包括具有岛状纳米阵列结构表面的基底和位于所述岛状纳米阵列结构表面的等离子体材料层；
所述岛状纳米阵列结构的单体的形状为倒梯形或T型。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述基底优选包括石英片、硅片、玻璃基片或蓝宝石基片。
在本发明中，所述岛状纳米阵列结构优选具有一维或二维结构。在本发明中，所述岛状纳米阵列结构优选为周期排列；所述一维或二维的XY方向的周期性独立的优选为200～2000nm，更优选为500～1800nm，最优选为1000～1500nm。在本发明中，所述岛状纳米阵列结构的单体在平行于基底表面方向的形状优选为三角形或菱形；所述岛状纳米阵列结构的单体的在平行于基底表面方向的横向尺寸优选为50～1000nm，更优选为100～800nm，最优选为300～500nm；所述单体的深度(即垂直于基底表面方向的高度)优选为100～1000nm，更优选为200～800nm，最优选为300～500nm。在本发明中，所述倒梯形或T型为所述岛状纳米阵列结构的单体在垂直于所述基底表面方向的剖面形状。
在本发明中，所述等离子体材料层优选包括金属单质膜或合金膜，所述金属单质膜优选包括金膜、银膜、铝膜和铬膜中的一种或几种；所述合金膜优选包括银铝合金膜或金银合金膜。在本发明中，所述等离子体材料层的厚度优选为10～500nm，更优选为50～400nm，最优选为100～300nm。
在本发明中，所述LSPR反射式生物传感芯片的LSPR波长优选为600～1000nm，更优选为700～800nm，最优选为750～800nm；所述LSPR波长受纳米结构等离子体材料层的种类、纳米结构等离子体材料层的种类、岛状纳米阵列结构的单体的横向尺寸、周期大小影响。
本发明提供了上述技术方案所述LSPR反射式生物传感芯片的制备方法，当所述岛状纳米阵列结构的单体的形状为倒梯形时，所述制备方法包括以下步骤：
在基底表面沉积金属，在所述基底表面形成金属反射层；
在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层；
依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构；
通过第一刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第二刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对基底进行第三刻蚀，然后除去光刻胶层和金属反射层，得到具有岛状倒梯形纳米阵列结构表面的基底；
在所述具有岛状倒梯形纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片。
本发明在基底表面沉积金属，在所述基底表面形成金属反射层。
在本发明中，所述基底优选为表面平整的基底。在本发明中，所述基底在使用前，优选还包括对所述基底进行清洗；所述清洗的方法优选包括以下步骤：将基底浸没于H2SO4-H2O2混合溶液中加热洗涤，水洗后干燥，得到干净基底。在本发明中，所述H2SO4-H2O2混合溶液中H2SO4：H2O2的摩尔比优选为(2～4):1，更优选为3:1；所述H2SO4-H2O2混合溶液中H2SO4的浓度优选为90～99wt％，更优选为95～98wt％；所述H2SO4-H2O2混合溶液中H2O2的浓度优选为30～80wt％，更优选为50～60wt％。在本发明中，所述加热洗涤的温度优选为110～130℃，更优选为120℃；时间优选为20～40min，更优选为30min。本发明对于所述H2SO4-H2O2混合溶液的用量没有特殊限定，能够将硬质基底浸没即可。在本发明中，所述加热洗涤采用的容器优选为玻璃容器，更优选为烧杯或培养皿。在本发明中，所述水洗优选为水冲洗，本发明对于所述水冲洗的次数没有特殊限定，能够将硬质基底表面的H2SO4和H2O2去除干净即可。在本发明中，所述干燥的方式优选为氮气吹干。
在本发明中，所述沉积的方法优选为蒸镀；所述蒸镀的工作参数包括：蒸发速度优选为0.1～0.3nm/s，更优选为0.15～0.25nm/s，最优选为0.2nm/s；蒸发电流优选为150～170mA，更优选为155～165mA，最优选为160mA。
在本发明中，所述金属优选包括金、银、铝、铬或合金；所述合金优选包括银铝合金或金银合金。在本发明中，所述金属反射层的厚度优选为10～500nm，更优选为30～400nm，最优选为50～200nm。在本发明中，所述金属反射层的作用是在SP光刻时提高光刻分辨力。
得到金属反射层后，本发明在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
在本发明中，所述光刻胶优选包括德国Allresist公司的ARP-3170、安智科技有限公司的AZ1500或AZ3100。本发明对于所述涂覆的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的的涂覆方法即可；在本发明中，所述涂覆的方式优选为旋涂；所述旋涂的转速优选为3000～5000rpm，更优选为3500～4500rpm，最优选为4000rpm；时间优选为20～40s，更优选为25～35s，最优选为30s。
所述涂覆后，本发明优选还包括将所述涂覆得到的湿光刻胶层进行干燥，形成光刻胶层。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～110℃，更优选为80～105℃，最优选为90～100℃；时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min。
在本发明中，所述光刻胶层的厚度优选为优选为20～200nm，更优选为50～150nm，最优选为100～120nm。
形成光刻胶层后，本发明依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构。
所述SP曝光前，优选将掩膜板置于所述光刻胶层表面接触压紧，所述接触压紧的时间优选为8～12min，更优选为9～11min，最优选为10min。在本发明中，所述SP曝光优选利用紫外光进行，所述紫外光的波长优选为365nm；所述紫外光的光强度优选为2～5mW/cm2，更优选为3～4mW/cm2；所述SP曝光的时间优选为150～250s，更优选为180～220s，最优选为200s。
在本发明中，所述显影利用的显影液优选包括德国Allresist公司的AR 300-35或安智科技有限公司的AZ 300MIF DEVELOPER。在本发明中，所述显影液的温度优选为0～20℃，更优选为0～10℃，最优选为0℃。在本发明中，所述显影的时间优选为40～60s，更优选为50s。本发明对于所述显影的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的显影操作即可。
构建得到纳米结构后，本发明通过第一刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第二刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对基底进行第三刻蚀，然后除去光刻胶层和金属反射层，得到具有岛状倒梯形纳米阵列结构表面的基底。
在本发明中，所述第一刻蚀的方式优选为离子束(IBE)刻蚀；所述IBE刻蚀的工作参数优选包括：离子束的电流优选为150mA；本发明对于所述IBE刻蚀的时间没有特殊限定，能够将所述金属反射层刻蚀透即可；在本发明的实施例中，当所述金属反射层为厚度为60nm的银膜，IBE刻蚀的时间为优选为50s。
在本发明中，所述第二刻蚀优选为反应离子(RIE)刻蚀，本发明利用反应离子刻蚀中材料的刻蚀比差异，实现选择性刻蚀掉光刻胶。在本发明中，所述第二刻蚀的工作参数优选包括：采用的气体优选为氧气，所述氧气的流量优选为8～12sccm，更优选为9～11sccm，最优选为10sccm；功率优选为3～7W更优选为4～6W，最优选为5W；时间优选为2～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
在本发明中，所述第三刻蚀优选为倾斜反应离子(RIE)刻蚀，即将基底置于设定的倾斜角度下进行反应离子刻蚀。在本发明中，所述第三刻蚀的工作参数包括：采用的气体优选包括三氟甲烷或六氟化硫，所述气体的流量优选为20～40sccm，更优选为25～35ccm，最优选为30sccm；功率优选为8～12W，更优选为9～11W，最优选为10W；时间优选为2～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
在本发明中，所述除去光刻胶层和金属反射层的方法优选为酸液清洗。在本发明中，所述酸液优选包括硝酸溶液，所述硝酸溶液的浓度优选为20～40wt％，更优选为30～35wt％；所述酸液清洗的时间优选为4～6min，更优选为5min；本发明对于所述酸液的用量没有特殊限定，能够材料浸没即可。
所述酸液清洗后，本发明优选还包括将所述酸液清洗后的材料依次进行水洗、醇洗和干燥，得到岛状倒梯形纳米结构阵列。在本发明中，所述水洗和醇洗优选在超声条件下进行，本发明对于所述超声的功率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的超声功率即可。本发明对于所述水洗和醇洗的时间独立地优选为1～3min，更优选为2min。在本发明中，所述醇洗利用的醇优选包括乙醇或甲醇，所述醇洗的的目的是稀释和去除水及水中的杂质。在本发明中，所述干燥优选包括依次进行的棉球擦干和烘干；所述烘干的温度优选为100～140℃，更优选为110～130℃，最优选为120℃；时间优选为10～30min，更优选为15～25min，最优选为20min。
得到岛状倒梯形纳米结构阵列后，本发明在所述具有岛状倒梯形纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片。
在本发明中，所述沉积等离子体材料的方法优选为蒸镀；所述蒸镀的工作参数优选包括：电流优选为150～170mA，更优选为155～165mA，最优选为160mA；蒸发速度优选为0.1～0.3nm/s，更优选为0.15～0.25nm/s，最优选为0.2nm/s。
在本发明中，所述等离子体材料优选包括金、银、铝、铬或合金；所述合金优选包括银铝合金或金银合金。在本发明中，所述等离子体材料层的厚度优选为10～500nm，更优选为50～400nm，最优选为100～300nm。
在本发明中，当所述岛状纳米阵列结构的单体的形状为T型时，所述LSPR反射式生物传感芯片的制备方法包括以下步骤：
在基底表面沉积结构材料，在所述基底表面形成结构材料层；
在所述结构材料层表面沉积等离子体材料，在所述结构材料层表面形成金属反射层；
在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层；
依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构；
通过第四刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第五刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对所述结构材料层进行第六刻蚀，以对结构材料层作为掩蔽层对所述基底进行第七刻蚀，然后除去残余的光刻胶层、结构材料层和金属反射层，得到具有岛状T型纳米阵列结构表面的基底；
在所述具有岛状T型纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片。
本发明在基底表面沉积结构材料，在所述基底表面形成结构材料层。
在本发明中，所述基底优选为表面平整的基底。在本发明中，所述基底在使用前，优选还包括对所述基底进行清洗。在本发明中，对所述基底的清洗条件优选与上述岛状倒梯形纳米结构阵列的制备过程中基底的清洗条件相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述结构材料优选包括氧化铝或二氧化硅。
在本发明中，所述沉积的方式优选为磁控溅射。在本发明中，所述磁控溅射的工作条件包括：射频溅射功率优选为190～210W，更优选为195～205W，最优选为200W；Ar流量优选为6～10sccm，更优选为7～9sccm，最优选为8sccm；基片温度优选为室温，基片旋转速度优选为15～25rpm，更优选为18～22rpm，最优选为20rpm。
在本发明中，所述结构材料层的厚度优选为20～100nm，更优选为40～90nm，最优选为50～70nm。在本发明中，所述结构材料层用于构成T形结构中较宽的上部结构，而刻蚀基底得到T形结构的下部结构。
形成结构材料层后，本发明在所述结构材料层表面沉积金属，在所述结构材料层表面形成金属反射层。
在本发明中，所述金属优选包括金、银、铝、铬或合金；所述合金优选包括银铝合金或金银合金。在本发明中，所述金属反射层的厚度优选为20～100nm，更优选为40～90nm，最优选为50～70nm。
在本发明中，所述沉积的方式优选为磁控溅射。在本发明中，所述磁控溅射的工作条件优选包括：射频溅射功率优选为190～210W，更优选为195～205W，最优选为200W；Ar流量优选为6～10sccm，更优选为7～9sccm，最优选为8sccm；基片温度优选为室温，基片旋转速度优选为15～25rpm，更优选为18～22rpm，最优选为20rpm。
形成金属反射层后，本发明在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
在本发明中，所述光刻胶层的制备条件优选与上述岛状倒梯形纳米结构阵列的制备过程中光刻胶层的制备条件相同，在此不再赘述。
形成光刻胶层后，本发明依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构。
所述SP曝光前，优选将掩膜板作凸台处理后置于所述光刻胶层表面接触压紧。在本发明中，所述掩膜板的四角优选均作凸台处理，凸台的高度优选为7～11μm，更优选为8～10μm，最优选为9μm，本发明对掩膜板进行凸台处理能够防止掩膜板与光刻胶层表面接触压紧时发生倾斜，从而提高纳米结构的精确度。在本发明中，所述接触压紧的时间优选为8～12min，更优选为9～11min，最优选为10min。
在本发明中，所述SP曝光优选利用紫外光进行，所述紫外光的波长优选为365nm；所述紫外光的光强度优选为2～5mW/cm2，更优选为3～4mW/cm2；所述SP曝光的时间优选为150～250s，更优选为180～220s，最优选为200s。
在本发明中，所述显影利用的显影液优选包括德国Allresist公司的AR300-35或AZ 300MIF DEVELOPER。在本发明中，所述显影液在使用前优选利用水进行稀释，所述显影液和水的质量比优选为1：(1～2)，更优选为1:1。在本发明中，所述显影液的温度优选为0～20℃，更优选为0～10℃。在本发明中，所述显影的时间优选为40～60s，更优选为50s。本发明对于所述显影的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的显影操作即可。
构建纳米结构后，本发明通过第四刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第五刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对所述结构材料层进行第六刻蚀，以对结构材料层作为掩蔽层对所述基底进行第七刻蚀，然后除去残余的光刻胶层、结构材料层和金属反射层，得到具有岛状T型纳米阵列结构表面的基底。
在本发明中，所述第四刻蚀的条件优选与所述第一刻蚀的条件相同，所述第五刻蚀的条件优选与所述第二刻蚀的条件相同，在此不再一一赘述。
在本发明中，所第六刻蚀优选为反应离子(RIE)刻蚀。在本发明中，所述第六刻蚀的工作参数优选包括：采用的气体优选包括三氟甲烷或六氟化硫，所述气体的流量优选为20～40sccm，更优选为25～35ccm，最优选为30sccm；功率优选为90～110W，更优选为95～105W，最优选为100W；时间优选为2～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
在本发明中，所述第七刻蚀优选为倾斜反应离子刻蚀，更优选为采用高腔压侧向反应离子刻蚀。在本发明中，所述倾斜反应离子刻蚀的倾斜角度优选为5～20°，更优选为10～15°。在本发明中，所述第七刻蚀的工作参数包括：采用的气体优选包括三氟甲烷或六氟化硫，所述气体的流量优选为10～80sccm，更优选为15～50ccm，最优选为20～30sccm；功率优选为10～200W更优选为20～150W，最优选为50～100W；时间优选为5～30min，更优选为8～20min，最优选为10～15min。
在本发明中，所述除去残余的光刻胶层、结构材料层和金属反射层的方法优选与上述岛状倒梯形纳米结构阵列的制备过程中除去光刻胶层和金属反射层的方法相同，在此不再赘述。
得到岛状T型纳米结构阵列后，本发明在所述具有岛状T型纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片。
在本发明中，所述沉积等离子体材料的方法优选与上述岛状倒梯形纳米结构阵列的制备过程中沉积等离子体材料层的方法相同，在此不再赘述。
本发明还提供了上述技术方案所述的LSPR反射式生物传感芯片或上述技术方案所述制备方法得到的LSPR反射式生物传感芯片被污染后的重复利用方法，包括以下步骤：
将使用过的LSPR反射式生物传感芯片的等离子体材料层去除后再沉积等离子体材料层，得到LSPR反射式生物传感芯片。
在本发明中，所述等离子体材料层的去除方法优选利用等离子体材料去除液浸泡去除，浸泡的时间为足以将等离子体材料层完全反应去除。在本发明中，所述等离子体材料去除液优选包括去铬液、去金液或王水。
所述去除后，本发明优选还包括将去除等离子体材料层的芯片进行水洗和干燥。本发明对于所述水洗的次数没有特殊限定，能够将芯片表面残余的等离子体材料去除液洗净即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为100～140℃，更优选为120～130℃；时间优选为20～100min，更优选为30～60min。
在本发明中，所述沉积等离子体材料层的方法优选与上述岛状倒梯形纳米结构阵列的制备过程中沉积等离子体材料层的方法相同，在此不再赘述。
本发明还提供了上述技术方案所述LSPR反射式生物传感芯片、上述技术方案所述制备方法得到的LSPR反射式生物传感芯片或上述技术方案所述重复利用方法得到的LSPR反射式生物传感芯片在食品、药物或环境中微量物质检测的应用。
在本发明中，所述LSPR反射式生物传感芯片的应用的环境为液相环境或气相环境。在本发明中，所述微量物质优选包括抗体、血清标志物及病毒基因等。在本发明中，所述微量物质的浓度优选为0.8～50μg/mL。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按照图1所示的工艺流程图制备结构周期为500nm、深度为250nm、等离子体材料层厚度为60nm、LSPR波长为750nm的LSPR反射式生物传感芯片。
(1)将石英基片浸没于H2SO4-H2O2混合溶液(H2SO4、H2O2的体积比为3:1)中加热至120℃洗涤30min，水冲洗后氮气吹干，得到干净基底；在所述干净基底表面蒸镀厚度为60nm的银膜；
(2)在所述银膜表面以4000rpm的速度旋涂德国Allresist公司生产的ARP-3170光刻胶30s，然后在100℃条件下干燥10min，得到厚度为100nm的光刻胶层；
(3)将掩模板置于所述光刻胶层表面接触压紧10min，在365nm紫外曝光光源、3mW条件下曝光200s后利用0℃的德国Allresist公司生产的AR300-35显影50s，在所述光刻胶层构建得到纳米结构；
(4)通过第一IBE刻蚀将银膜刻蚀透，将所述纳米结构传递至所述银膜，第二RIE刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和银膜作为掩蔽层对基底进行第三倾斜RIE刻蚀，置于浓度为30wt％的硝酸溶液中浸泡5min，超声水洗1min，超声乙醇洗1min，在120℃条件下干燥20min，得到具有岛状倒梯形纳米阵列结构表面的基底；其中，第一IBE刻蚀的工作条件为：IBE束流150，时间为50s；第二RIE刻蚀的工作条件为：采用氧气，氧气流量为10sccm，功率为5W，时间为3min；第三倾斜RIE刻蚀的工作条件为：倾斜角度为15°，采用三氟甲烷，三氟甲烷流量为30sccm，功率为100W，时间为2min；
(5)在所述岛状倒梯形纳米结构阵列的表面蒸镀厚度为60nm的金膜，得到LSPR反射式生物传感芯片，其中，蒸镀的工作条件为：蒸发速度为0.2nm/s，蒸发电流为160mA。
本实施例制备的LSPR反射式生物传感芯片的SEM图如图2所示。由图2可知，LSPR反射式生物传感芯片的岛状倒梯形纳米结构阵列的单体在平行于基底表面的面上呈菱形结构并具有尖角。
实施例2
制备结构周期为700nm、单体在平行于基底表面的面上呈菱形结构、菱形的边长为300nm、在垂直于基底表面的剖面上呈T形、深度为300nm、等离子体材料层厚度为60nm、LSPR波长为800nm的LSPR反射式生物传感芯片。
(1)将硅片浸没于H2SO4-H2O2混合溶液(H2SO4、H2O2的体积比为3:1)中加热至120℃洗涤30min，水冲洗后氮气吹干，得到干净基底；在所述干净基底表面磁控溅射厚度为30nm的SiO2层；在所述SiO2层表面磁控溅射厚度为80nm的银膜；
(2)在所述银膜表面以5000rpm的速度旋涂德国Allresist公司生产的ARP-3170光刻胶30s，然后在100℃条件下干燥10min，得到厚度为100nm的光刻胶层；
(3)将掩模板四角作凸台高度为9μm凸台处理，置于所述光刻胶层表面接触压紧10min，在365nm紫外曝光光源、3mW条件下曝光200s后利用0℃的显影液(德国Allresist公司生产的AR 300-35显影原液：水质量比＝1:1)中显影50s，在所述光刻胶层构建得到纳米结构；
(4)通过第四IBE刻蚀将银膜刻蚀透，将所述纳米结构传递至所述银膜，第五RIE刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和银膜作为掩蔽层对SiO2层进行第六RIE刻蚀，以SiO2层作为掩蔽层对基底进行第七高腔压侧向RIE刻蚀，然后置于浓度为30wt％的硝酸溶液中浸泡5min，超声水洗1min，超声乙醇洗1min，在120℃条件下干燥20min，得到具有岛状T字型纳米阵列结构表面的基底；其中，第四IBE刻蚀的工作条件为：IBE束流150，时间为60s；第五RIE刻蚀的工作条件为：采用氧气，氧气流量为10sccm，功率为5W，时间为3min；第六RIE刻蚀的工作条件为：采用三氟甲烷，三氟甲烷流量为30sccm，功率为100W，时间为2min；第七高腔压侧向RIE刻蚀的工作条件为：倾斜角度为10°，采用CHF3气体，气体流量为30sccm，功率为50W，时间为20min；
(5)在所述岛状T形纳米结构阵列的表面第一蒸镀厚度为2nm的铬膜，然后第二蒸镀厚度为60nm的银膜，得到LSPR反射式生物传感芯片，其中，第一蒸镀的工作条件为：电流为220mA、蒸发速度为0.2nm/s；第二蒸镀的工作条件为：电流为160mA、蒸发速度为0.2nm/s。
本实施例制备的LSPR反射式生物传感芯片的SEM图如图3所示。由图3可知，LSPR反射式生物传感芯片的岛状T形纳米结构阵列的单体在平行于基底表面的面上呈菱形结构并具有尖角。
实施例3
将实施例1制备的LSPR反射式生物传感芯片在被检测物质污染后，置于去金液中浸泡5min，水洗后烘干，蒸镀厚度为60nm的银膜，得到新的LSPR反射式生物传感芯片，其中，蒸镀的工作条件为：蒸发速度为0.2nm/s，电流为160mA，得到LSPR反射式生物传感芯片。
将本实施例制备的LSPR反射式生物传感芯片可重复利用10次。
实施例4
将被污染的LSPR反射式生物传感芯片置于去金液中浸泡5min，水洗后烘干，蒸镀厚度为60nm的银膜，得到LSPR反射式生物传感芯片，其中，蒸镀的工作条件为：蒸发速度为0.2nm/s，电流为160mA，得到LSPR反射式生物传感芯片。
将本实施例制备的LSPR反射式生物传感芯片可重复利用10次。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LSPR反射式生物传感芯片，其特征在于，包括具有岛状纳米阵列结构表面的基底和位于所述岛状纳米阵列结构表面的等离子体材料层；
所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面形状为倒梯形或T型。
2.根据权利要求1所述的LSPR反射式生物传感芯片，其特征在于，所述岛状纳米阵列结构的单体在平行于所述基底表面的方向的尺寸为50～1000nm，深度为100～1000nm。
3.根据权利要求1所述的LSPR反射式生物传感芯片，其特征在于，所述等离子体材料层包括金属单质膜或合金膜；
所述金属单质膜包括金膜、银膜、铝膜和铬膜中的一种或几种；
所述合金膜包括银铝合金或金银合金。
4.根据权利要求1或3所述的LSPR反射式生物传感芯片，其特征在于，所述等离子体材料层的厚度为10～500nm。
5.权利要求1～4任一项所述LSPR反射式生物传感芯片的制备方法，其特征在于，
(i)当所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面形状为倒梯形时，所述制备方法包括以下步骤：
在基底表面沉积金属，在所述基底表面形成金属反射层；
在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层；
依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构；
通过第一刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第二刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对基底进行第三刻蚀，然后除去光刻胶层和金属反射层，得到具有岛状倒梯形纳米阵列结构表面的基底；
在所述具有岛状倒梯形纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片；
(ii)当所述岛状纳米阵列结构的单体的垂直于所述基底表面方向的剖面形状为T型时，所述制备方法包括以下步骤：
在基底表面沉积结构材料，在所述基底表面形成结构材料层；
在所述结构材料层表面沉积金属，在所述结构材料层表面形成金属反射层；
在所述金属反射层表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层；
依次通过SP曝光和显影在所述光刻胶层构建纳米结构；
通过第四刻蚀将所述纳米结构传递至所述金属反射层，第五刻蚀除去残余光刻胶，以光刻胶层和金属反射层作为掩蔽层对所述结构材料层进行第六刻蚀，以对结构材料层作为掩蔽层对所述基底进行第七刻蚀，然后除去残余的光刻胶层、结构材料层和金属反射层，得到具有岛状T型纳米阵列结构表面的基底；
在所述岛状T型纳米结构阵列的表面沉积等离子体材料，得到LSPR反射式生物传感芯片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，(i)和(ii)中所述金属反射层的厚度独立地为10～500nm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述结构材料包括氧化铝或二氧化硅。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，(i)和(ii)中所述光刻胶层的厚度独立地为20～200nm。
9.权利要求1～4任一项所述的LSPR反射式生物传感芯片或权利要求5～8任一项所述制备方法得到的LSPR反射式生物传感芯片被污染后的重复利用方法，包括以下步骤：
将使用过的LSPR反射式生物传感芯片的等离子体材料层去除后再沉积等离子体材料层，得到LSPR反射式生物传感芯片。
10.权利要求1～4任一项所述LSPR反射式生物传感芯片、权利要求5～8任一项所述制备方法得到的LSPR反射式生物传感芯片或权利要求9所述重复利用方法得到的LSPR反射式生物传感芯片在食品、药物或环境中微量物质检测的应用。
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