CN209992393U - 一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及表面等离子体技术领域，具体公开了一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，包括侧边抛磨光纤或棱镜、光源以及用于获取光纤或棱镜透射光谱的光谱仪。在侧边抛磨光纤的抛磨区或棱镜表面上镀有贵金属膜，从而激发SPR效应，使得在透射光谱中形成共振吸收谷，而共振吸收谷的位置又受到外界折射率的调制，构成折射率传感器。本实用新型通过结合二硫化钼和SPR效应，将二硫化钼纳米片沉积在金属膜表面，制备出二硫化钼纳米片增敏的表面等离子体共振传感器，此传感器在折射率范围为1.333～1.360RIU内，可获得高达2793.5nm/RIU的折射率灵敏度，与未修饰二硫化钼的SPR传感器相比，灵敏度提高了30.67％。

Description

一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器

技术领域

本实用新型涉及表面等离子体技术领域，尤其涉及一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器。

背景技术

表面等离子体共振检测技术由于其具有无需标记、可实时监测等明显优势，在食品安全、环境保护、药物筛选等领域都取得了很好的进展。针对当下传感器检测领域的实际应用需求，人们对于SPR传感器的灵敏度参量要求也不断提高，SPR传感器已经成为生物传感不可或缺的工具。随着国内外学者对SPR传感器的不断关注和研究，SPR传感器在灵敏度、稳定性、检测极限等方面还存在许多不足。如果SPR传感器的灵敏度可以得到提高，SPR技术将可以更好的应用于医药学和早期疾病诊断以及生物检测。因此，提高传感器的灵敏度一直以来是SPR传感技术研究领域的热点。

对于传统的SPR传感器，其灵敏度与重复性低，而且与折射率的线性相关系数也低，不利于对溶液浓度进行检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，其灵敏度高且标定曲线具有较好的线性相关度。

一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，包括侧边抛磨光纤或棱镜、用于提供入射光的光源以及用于获取光纤或棱镜透射光谱的光谱仪，在侧边抛磨光纤的抛磨区或棱镜表面上镀有贵金属膜，所述贵金属膜上沉积有二硫化钼纳米膜层。本实用新型通过入射光与贵金属膜的SPR效应，使得在透射光谱中形成共振波谷，当二硫化钼膜层上的介质折射率发生变化，引起共振条件变化，从而改变SPR共振波谷的位置，使得共振波谷的位置受到二硫化钼膜层上的物质的浓度的调制，构成浓度传感器。

优选地，所述贵金属膜为金膜或银膜。

优选地，所述二硫化钼纳米膜层的厚度为450～750nm。

优选地，所述贵金属膜的厚度为40～70nm。

优选地，所述共振传感器的折射率的检测范围为1.333～1.360RIU。

一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备表面等离子体共振传感器：通过真空蒸镀法将贵金属膜镀在侧边抛磨光纤抛磨面或棱镜表面，所述贵贵金属膜为金膜或银膜；

S2、采用二硫化钼分散液在贵金属层上沉积二硫化钼膜层。

优选地，在步骤S2中，直接使用二硫化钼分散液滴在表面的贵金属膜表面上。采用滴加的方式形成二硫化钼膜层，操作方式简洁方便，具体的，在实际操作中可以直接采用直接使用二硫化钼分散液滴在贵金属膜层表面上且沉积时间为10～14个小时，沉积用量为200～400 ul。

优选地，所述二硫化钼分散液采用二硫化钼纳米片均匀分散于溶剂中制成，所述溶剂为水和酒精混合溶液，其比例是(11～12)：(8～9)。

优选地，所述二硫化钼分散液中硫化钼纳米片的片径为50nm～1um。

优选地，所述二硫化钼分散液浓度为0.6～1.2mg/ml。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：

通过结合二硫化钼和SPR，制备二硫化钼纳米片增敏的表面等离子体共振传感器，此传感器在折射率范围为1.333～1.360RIU内，共振波长与折射率具有良好的线性相关特性，线性相关系数达到99.57％，灵敏度为2793.5nm/RIU，与未修饰二硫化钼的SPR传感器相比，灵敏度提高了30.67％。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的实验设备示意图；

图2为实施例1中棱镜表面镀贵金属膜的结构示意图；

图3为未经二硫化钼纳米片修饰的表面等离子体共振传感器的透射光谱随折射率变化示意图；

图4为二硫化钼增敏后的表面等离子体共振传感器(沉积两次)的透射光谱随折射率变化示意图；

图5为实施例1中二硫化钼膜层的拉曼光谱；

图6为实施例1中二硫化钼增敏后的表面等离子体共振传感器扫描电子显微镜(SEM) 图；

图7为不同厚度的二硫化钼膜层的表面等离子体共振传感器的SEM图。

图8为沉积不同次数的表面等离子体共振传感器的灵敏度比较图；

图9不同沉积次数得到的传感器的折射率与共振波谷的拟合曲线。

图中标识：1、光源；2、光纤；3、显微物镜；4、透镜；5、偏振片；6、SPR；7、透镜；8、光纤；9、光纤光谱仪；10、计算机。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备表面等离子体共振传感器：通过真空蒸镀法将贵金属膜镀在侧边抛磨棱镜表面，所述贵金属膜为金膜；

S2、采用二硫化钼分散液在金属层上沉积二硫化钼膜层。

优选地，在步骤S2中，直接采用直接使用二硫化钼分散液滴在贵金属膜层表面上且沉积时间为12个小时，沉积用量为300ul。

优选地，所述二硫化钼分散液为将片径为60nm的二硫化钼纳米片均匀分散于溶剂中制成，所述溶剂为水和酒精混合溶液，其比例是11.5：8.5。

优选地，所述二硫化钼分散液浓度为0.8mg/ml。

采用上述方法制备的一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，包括侧边抛磨棱镜，提供入射光的光源以及用于获取光纤透射光谱的光谱仪，在侧边抛磨光纤的抛磨区或棱镜表面上镀有贵金属膜，在贵金属膜上沉积有二硫化钼纳米膜层。本实用新型中，通过入射光与贵金属膜的SPR效应，使得在透射光谱中形成共振波谷，当二硫化钼膜层上的物质的浓度发生变化，引起共振条件变化，从而改变SPR共振波谷的位置，使得共振波谷的位置受到二硫化钼膜层上的物质的浓度的调制，构成浓度传感器。

优选的，所述贵金属膜为金膜。

优选地，所述二硫化钼纳米膜层的厚度为500nm。

优选地，所述贵金属膜的厚度为50nm。

优选地，所述共振传感器的折射率的检测范围为1.333～1.360RIU。

以下针对二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器的灵敏度、相应情况进行相应的实验：

如图1和2所示，实验装置示意图由卤钨灯光源1(AvaLight-HAL-Mini，北京爱万提斯科技有限公司，波长范围：360～2500nm)；二硫化钼-SPR传感器6、光纤光谱仪9(AvaSpec-ULS2048XL，北京爱万提斯科技有限公司，检测波长范围：200～1160nm，光学分辨率：0.09～20nm)以及计算机10等组成。

入射光从光源通过光纤传输到显微物镜与透镜进行聚焦以及校正，然后入射光通过偏振片得到横向磁光的注入，光在棱镜与贵金属膜表面上会发生全反射现象，形成消逝波进入到贵金属膜层中，而在贵金属膜层中又存在一定的等离子波，当特定波长的两波相遇时会发生共振。当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光的光强会大幅度地减弱，形成一个共振波谷，接着反射光通过透镜聚焦后被光纤光谱仪收集，通过检测共振波谷的波长来判断折射率的变化。

首先测试未修饰二硫化钼纳米片的SPR传感器折射率传感特性，实验过程中，将环境温度调整到25℃，打开光源，调整光路，使得透射光强度在50000ADC counts附近，然后遮住光源保存暗光谱(Sd)，再测得在空气中的参考光谱(Sr)，最后将折射率为1.333的折射率液滴加到SPR传感芯片的传感区域，测得样品的实际光谱(Ss)。采用同样的方法，可以测得折射率为1.339、1.344、1.355、1.360RIU的SPR共振光谱曲线，如图3所示。由图3 可知，随着折射率液的折射率升高，共振波长向长波长方向漂移，在折射率1.333～1.360RIU 的变化范围内，共振波长总共漂移了约73.0nm。

提取图3中的数据可以拟合出为未修饰二硫化钼的SPR传感器折射率及共振波长的关系曲线，如图4所示。拟合得到的方程为y＝2793.5x-3045.0，线性相关系数为99.57％。为了表征沉积法覆盖在SPR传感芯片上的二硫化钼膜层厚度特性，使用RENISHAMO拉曼光谱仪测量二硫化钼膜层的拉曼光谱，如图5。拉曼光谱实验使用514.5nm的激发光，从图5可以得出E_2g ¹和A_1g两个拉曼位移分别为373.3cm^-1和404.3cm^-1，通过E_2g ¹和A_1g的强度比值，可知覆盖在SPR传感芯片上的二硫化钼膜层为多层。

为了更好地观察二硫化钼-SPR传感器的厚度，还对传感器的表面进行了扫描电子显微镜拍摄，如图6所示。

为了探究二硫化钼膜层的厚度对于灵敏度的影响，做了以下实验：

通过多次在金属层上沉积二硫化钼膜层来提供二硫化钼膜层的厚度，得到二硫化钼物理沉积在SPR传感器上的SEM图，不同次数得到的二硫化钼膜层的厚度如图7所示。(a为沉积一次、b为沉积两次、依次类推，e为沉积5次)，接着测试沉积不同次数得到的传感器(即拥有不同厚度的二硫化钼膜层的传感器)的灵敏度，如图8所示，可以发现随着沉积次数增加，灵敏度首先是增加的，当沉积两次时二硫化钼膜层的厚度达到504.4nm，其灵敏度也达到最大值2793.5nm/RIU。当继续沉积，二硫化钼厚度逐渐增加，传感器灵敏度逐渐降低。这主要由于二硫化钼膜层对金属层提供一个增敏作用，二硫化钼膜层厚度增加会相应提高金属层的敏感性，但同时由于厚度的增加，倏逝场与分析物的作用力也会相应衰减，为此，表面等离子体共振传感器的灵敏度会随着二硫化钼膜层的增大出现先增后减的情况。

实施例2

一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备表面等离子体共振传感器：通过真空蒸镀法将贵金属膜镀在侧边抛磨棱镜表面，所述贵金属膜为金膜；

S2、采用二硫化钼分散液在金属层上沉积二硫化钼膜层。

优选地，在步骤S2中，直接采用直接使用二硫化钼分散液滴在贵金属膜层表面上且沉积时间为12个小时，沉积用量为300ul。

优选地，所述二硫化钼分散液为将片径为50nm的二硫化钼纳米片均匀分散于溶剂中制成，所述溶剂为水和酒精混合溶液，其比例是11：8。

优选地，所述二硫化钼分散液浓度为0.6mg/ml。

采用上述方法制备的一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，包括侧边抛磨棱镜，提供入射光的光源以及用于获取棱镜透射光谱的光谱仪，在侧边抛磨光纤的抛磨区或棱镜表面上镀有贵金属膜，在贵金属膜上沉积有二硫化钼纳米膜层。通过入射光与贵金属膜的 SPR效应，使得在透射光谱中形成共振波谷，当二硫化钼膜层上的物质的浓度发生变化，引起共振条件变化，从而改变SPR共振波谷的位置，使得共振波谷的位置受到二硫化钼膜层上的物质的浓度的调制，构成浓度传感器。

优选地，所述贵金属膜为金膜。

优选地，所述二硫化钼纳米膜层的厚度为750nm。

优选地，所述贵金属膜的厚度为40nm。

优选地，所述共振传感器的折射率的检测范围为1.333～1.360RIU。

实施例3

一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备表面等离子体共振传感器：通过真空蒸镀法将贵金属膜镀在侧边抛磨光纤抛磨面，所述贵金属膜为金膜；

S2、采用二硫化钼分散液在金属层上沉积二硫化钼膜层。

优选地，在步骤S2中，直接使用二硫化钼分散液滴在表面的贵金属层表面上。

优选地，所述二硫化钼分散液为将片径为1μm的二硫化钼纳米片均匀分散于溶剂中制成，所述溶剂为水和酒精混合溶液，其比例是12：9。

优选地，所述二硫化钼分散液浓度为1.2mg/ml。

采用上述方法制备的一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，包括侧边抛磨光纤、提供入射光的光源以及用于获取光纤透射光谱的光谱仪、在侧边抛磨光纤的抛磨区或棱镜表面上镀有贵金属膜、在贵金属膜上沉积有二硫化钼纳米膜层。通过入射光与贵金属膜的 SPR效应，使得在透射光谱中形成共振波谷，当二硫化钼膜层上的物质的浓度发生变化，引起共振条件变化，从而改变SPR共振波谷的位置，使得共振波谷的位置受到二硫化钼膜层上的物质的浓度的调制，构成浓度传感器。

优选地，所述贵金属膜为金膜。

优选地，所述二硫化钼纳米膜层的厚度为450nm。

优选地，所述贵金属膜的厚度为70nm。

优选地，所述共振传感器的折射率的检测范围为1.333～1.360RIU。

实施例4

本实施例与实施例3相比存在的差别在于，所述贵金膜采用的是银膜，其他具体实施方法相同。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种二硫化钼增敏的表面等离子体共振传感器，其特征在于，包括侧边抛磨光纤或棱镜，用于提供入射光的光源以及用于获取光纤或棱镜透射光谱的光谱仪，在侧抛光纤的抛磨区或棱镜表面上设有贵金属膜，所述贵金属膜上沉积有二硫化钼膜层。

2.根据权利要求1所述的表面等离子体共振传感器，其特征在于，所述贵金属膜为金膜或银膜。

3.根据权利要求1或2所述的表面等离子体共振传感器，其特征在于，所述二硫化钼膜层的厚度为450～750nm。

4.根据权利要求1或2所述的表面等离子体共振传感器，其特征在于，所述贵金属膜的厚度为40～70nm。

5.根据权利要求1或2所述的表面等离子体共振传感器，其特征在于，所述共振传感器的折射率的检测范围为1.333～1.360RIU。

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