CN114112926B - 一种碳纳米管手性分子探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及手性分子探测领域，具体涉及一种碳纳米管手性分子探测装置，包括衬底和碳纳米管层，碳纳米管层置于衬底上，碳纳米管层包括周期排列的周期单元，周期单元包括平行排列的第一碳纳米管和第二碳纳米管，第一碳纳米管和第二碳纳米管不接触。应用时，将手性分子置于第一碳纳米管和第二碳纳米管之间。在手性分子诱导下，在红外波长区域产生圆二色性，通过探测圆二色性，实现手性分子的手性探测。本发明中，将手性分子的手性信息诱导到红外波长区域，红外线穿透效果好，便于搭建整个检测系统，推广前景好。

Description

一种碳纳米管手性分子探测装置
技术领域
本发明涉及手性分子探测领域，具体涉及一种碳纳米管手性分子探测装置。
背景技术
手性分子的定性和定量检测，在分析科学、化学生物学、药物和农药等领域具有重要意义。
传统的光谱法和色谱法由于普适性不高、操作难度大以及设备昂贵等原因，在手性分子检测领域受到很大的限制。因此，寻找新的手性响应性理论以及检测技术仍然是一个挑战。目前，常用手性分子影响贵金属微纳结构中的表面等离激元共振，从而在不同圆偏振光照射时，产生不同吸收或透射，从而识别手性分子的手性。
贵金属微纳结构的表面等离激元共振经常发生在可见光区域，可见光的穿透效果差，对探测装置的要求高，不利于推广应用。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种碳纳米管手性分子探测装置，包括衬底和碳纳米管层，碳纳米管层置于衬底上，碳纳米管层包括周期排列的周期单元，周期单元包括平行排列的第一碳纳米管和第二碳纳米管，第一碳纳米管和第二碳纳米管不接触。
更进一步地，第一碳纳米管内掺杂硝酸。
更进一步地，第二碳纳米管内掺杂硝酸。
更进一步地，第一碳纳米管和第二碳纳米管之间的距离小于10纳米。
更进一步地，周期大于1微米、小于4微米。
更进一步地，还包括第一石墨烯层，第一石墨烯层置于碳纳米管层上。
更进一步地，还包括第二石墨烯层，第二石墨烯层置于衬底上，碳纳米管层置于第二石墨烯层上。
更进一步地，第二石墨烯层的厚度大于第一石墨烯层的厚度。
更进一步地，衬底为二氧化硅。
本发明的有益效果：本发明提供了一种碳纳米管手性分子探测装置，包括衬底和碳纳米管层，碳纳米管层置于衬底上，碳纳米管层包括周期排列的周期单元，周期单元包括平行排列的第一碳纳米管和第二碳纳米管，第一碳纳米管和第二碳纳米管不接触。应用时，将手性分子置于第一碳纳米管和第二碳纳米管之间。圆偏振光从装置的顶部照射，在圆偏振光激发下，第一碳纳米管和第二碳纳米管就会产生表面等离激元效应，第一碳纳米管和第二碳纳米管中激发出表面等离激元共振模式。在手性分子诱导下，在红外波长区域产生圆二色性，通过探测圆二色性，实现手性分子的手性探测。本发明中，将手性分子的手性信息诱导到红外波长区域，红外线穿透效果好，便于搭建整个检测系统，推广前景好。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种碳纳米管手性分子探测装置的示意图。
图2是又一种碳纳米管手性分子探测装置的示意图。
图3是再一种碳纳米管手性分子探测装置的示意图。
图中：1、衬底；2、周期单元；21、第一碳纳米管；22、第二碳纳米管；3、第一石墨烯层；4、第二石墨烯层。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本发明提供了一种碳纳米管手性分子探测装置。如图1所述，该碳纳米管手性分子探测装置包括衬底1和碳纳米管层。
碳纳米管层置于衬底1上。衬底1用以承载碳纳米管层。衬底1不吸收红外线或对红外线的吸收少。优选地，衬底1为二氧化硅。碳纳米管层包括周期排列的周期单元2。周期单元2的周期大于1微米、小于4微米。周期单元2包括平行排列的第一碳纳米管21和第二碳纳米管22。第一碳纳米管21内掺杂硝酸。第一碳纳米管21和第二碳纳米管22不接触。
碳纳米管天然的一维属性及其电子独特的弹道输运方式使得碳纳米管等离激元具有强空间限域和低损耗的优秀特性。碳纳米管的表面等离激元共振波长出现在红外波段，红外线穿透能力强，便于搭建整套探测系统。另外，碳纳米管的表面等离激元特性可以通过化学掺杂的方式进行调控。实验表明，通过掺杂硝酸可以实现空穴注入，不仅可以在碳纳米管附近形成更强的表面等离激元振动，而且可以实现对其表面等离激元光学特性的调控。
应用时，将手性分子置于第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间。圆偏振光从装置的顶部照射，在圆偏振光激发下，第一碳纳米管21和第二碳纳米管22就会产生表面等离激元效应，第一碳纳米管21和第二碳纳米管22中激发出表面等离激元共振模式。在手性分子诱导下，在红外波长区域产生圆二色性，通过探测圆二色性，实现手性分子的手性探测。本发明中，将手性分子的手性信息诱导到红外波长区域，红外线穿透效果好，便于搭建整个检测系统，推广前景好。
需要说明的是：当光照射到纳米结构上时，纳米结构中的自由电子与光之间存在着耦合作用，这种局域在纳米结构表面的电磁共振模式称其为表面等离激元。测量诱导CD的方法：首先用左旋圆偏振光照射该容器里面的溶液，接收到一个透射光谱T--；然后再用右旋圆偏振光照射该容器里面的溶液，接收到一个透射光谱T++；透射光谱--和T++的差值，就是诱导圆二色性光谱。
实施例2
在实施例1的基础上，第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间的距离小于10纳米。更进一步地，第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间的距离小于5纳米。由于第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间距离小，不仅手性分子能够同时与第一碳纳米管21和第二碳纳米管22接触，而且第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间能够发生强耦合，从而在第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间激发两个表面等离激元模式：一个模式集中于第一碳纳米管21和第二碳纳米管22的间隙中；另一模式主要沿第一碳纳米管21和第二碳纳米管22振动。这样一来，在圆二色性光谱中会出现两个模式，通过两个模式的对比或结合，能够更准确地判断手性分子的手性。
实施例3
在实施例2的基础上，第二碳纳米管22内掺杂硝酸。这样一来，在第二碳纳米管22上也能产生强表面等离激元共振，从而增强了第一碳纳米管21和第二碳纳米管22中两个模式的共振强度，从而实现更强的诱导圆二色性信号，从而实现更准确的手性分子手性的判断。
实施例4
在实施例3的基础上，还包括第一石墨烯层3，第一石墨烯层3置于碳纳米管层上。第一石墨烯层3在手性分子探测中起到提升技术效果的作用：一方面，第一石墨烯层3可以减少第一碳纳米管21和第二碳纳米管22上的光散射，从而在第一碳纳米管21和第二碳纳米管22上聚集更多的电磁波，增强第一碳纳米管21和第二碳纳米管22附近的光场，从而提高诱导圆二色性的强度；另一方面，由于第一碳纳米管21和第二碳纳米管22是圆形的，所以第一碳纳米管21、第二碳纳米管22与第一石墨烯层3相切形成的小间隙能够聚集更强的电磁场，增强第一碳纳米管21和第二碳纳米管22附近的光场，从而提高诱导圆二色性的强度；另一方面，手性分子和第一石墨烯层3之间形成一个腔，产生聚集效果也会聚集更多的电磁波，增强第一碳纳米管21和第二碳纳米管22附近的光场，从而提高诱导圆二色性的强度；另一方面，在应用时，还可以通过给第一石墨烯层3施加振动，从而去除手性分子溶液中的气泡。这些方面的作用，均有利于提升手性分子手性探测的准确性。
实施例5
在实施例4的基础上，还包括第二石墨烯层4，第二石墨烯层4置于衬底1上，碳纳米管层置于第二石墨烯层4上。第二石墨烯层4和第一石墨烯层3之间产生强耦合，将更强的光场聚集在第一石墨烯层3和第二石墨烯层4之间，增强手性分子与第一碳纳米管21和第二碳纳米管22之间的作用，从而产生更强的诱导圆二色性信号，从而提高手性分子手性探测的准确性。
更进一步地，第二石墨烯层4的厚度大于第一石墨烯层3的厚度。优选地，第一石墨烯层3中石墨烯的层数为1-3层；第二石墨烯层4中石墨烯的层数为6-8层。这样一来，入射光更容易穿透第一石墨烯层3，不易穿透第二石墨烯层4，从而被限制在第一石墨烯层3和第二石墨烯层4之间，在第一石墨烯层3和第二石墨烯层4之间形成强光场，增强了手性分子与第一碳纳米管21、第二碳纳米管22之间的作用，从而导致更强的诱导圆二色性信号，从而提高手性分子手性探测的准确性。
实施例6
在实施例1-5的基础上，还包括第一电极和第二电极。第一电极为条形，第二电极为片形。第一电极置于衬底1上，第一电极与第一碳纳米管21、第二碳纳米管22连接；或第一电极与第一石墨烯层3连接；或第一电极与第二石墨烯层4连接。第二电极置于衬底1的底部。第一电极和第二电极连接外部电源，在第一电极和第二电极之间形成电场，该电场改变了第一碳纳米管21、第二碳纳米管22、第一石墨烯层3、第二石墨烯层4中的载流子浓度，从而改变了这些部件中的表面等离激元共振波长，诱导圆二色性也出现在不同的波长，这样可以选择不同的红外波长探测器，使得装置应用更具灵活性。
另外，待测的手性分子也处于上述电场中，上述电场也改变了手性分子的介电特性，从而更多地造成表面等离激元共振波长移动。通过探测未加电场和施加电场时，诱导圆二色性波长和强度的差异，也可以确定手性分子的手性，从而实现了手性分子手性和手性分子浓度的测量。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于，包括衬底和碳纳米管层，所述碳纳米管层置于所述衬底上，所述碳纳米管层包括周期排列的周期单元，所述周期单元包括平行排列的第一碳纳米管和第二碳纳米管，所述第一碳纳米管和所述第二碳纳米管不接触；应用时，将手性分子置于所述第一碳纳米管和所述第二碳纳米管之间，圆偏振光从装置的顶部照射，通过探测圆二色性，实现手性分子的手性探测。
2.如权利要求1所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：所述第一碳纳米管内掺杂硝酸。
3.如权利要求2所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：所述第二碳纳米管内掺杂硝酸。
4.如权利要求1所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：所述第一碳纳米管和所述第二碳纳米管之间的距离小于10纳米。
5.如权利要求1所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：所述周期大于1微米、小于4微米。
6.如权利要求1-5任一项所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：还包括第一石墨烯层，所述第一石墨烯层置于所述碳纳米管层上。
7.如权利要求6所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：还包括第二石墨烯层，所述第二石墨烯层置于所述衬底上，所述碳纳米管层置于所述第二石墨烯层上。
8.如权利要求7所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：所述第二石墨烯层的厚度大于所述第一石墨烯层的厚度。
9.如权利要求8所述的碳纳米管手性分子探测装置，其特征在于：所述衬底为二氧化硅。
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