基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器及其制备方法，通过在U形光纤表面原位生长二硫化钨及金纳米颗粒，使得金颗粒与U形光纤更好的耦合，从而增强光纤表面吸附分子的能力，更加有利于分子的检测。

【技术实现步骤摘要】
基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器及其制备方法
本专利技术属于光纤倏逝波传感器领域，特别涉及一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，光纤倏逝波传感器以其高的灵敏度，较强的生物特异性受到越来越多的研究者的关注。光纤倏逝波传感器作为生物传感器使用时，要将传感段的光纤包层去除，当分析物与识别分子发生生化反应时，会被吸附于纤芯表面，从而影响倏逝波的透射深度，这时传输光能量就会发生变化，通过检测传输光的特性就能得到被测生物分子的特征。研究表明，纤芯表面的物质对倏逝波传感器的灵敏度具有较大影响。通过改变纤芯表面的物质影响倏逝波的穿透深度，进而改变传感器的灵敏度及稳定性。此外传感器的外形对倏逝波的吸收有影响，目前常用的形状有锥形和U形。尽管研究者们已经不断改变纤芯表面的物质以及光纤传感器的外形，传感器的灵敏度和稳定性的提高依旧是困扰大家的问题。已经有研究者制作了在纤芯表面直接生长二维材料的倏逝波传感器，此外还有不同形状的倏逝波传感器。但灵敏度和稳定性仍旧与人们期待的相差甚远，制作一种高灵敏度，强稳定性的倏逝波传感器仍就是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器及其制备方法，通过在U形光纤表面原位生长二硫化钨及金纳米颗粒，使得金颗粒与U形光纤更好的耦合，从而增强光纤表面吸附分子的能力，更加有利于分子的检测。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，包括：步骤1)：U形光纤的制备；步骤2)：利用热分解法在U形光纤表面直接生长二硫化钨；步骤3)：利用化学还原法在二硫化钨材料表面原位制备金纳米颗粒。进一步的，所述步骤1)中，U形光纤的制备包括去掉光纤表面的塑料氧化物，将光纤的中间区域弯曲成U形并用火烤，将烤好的光纤依次放入丙酮，酒精和去离子水中清洗，之后在食人鱼溶液中浸泡一段时间后用氩气进行等离子体处理。进一步的，所述步骤2)，将四硫代钨酸铵粉末溶解于乙二醇中，配制成浓度为0.9-1.1mM/L的混合溶液，对混合溶液进行超声震荡，静置后获得四硫代钨酸铵溶液；将所述步骤1)制备得到的U形光纤浸没于四硫代钨酸铵溶液中，浸泡一段时间后取出并自然晾干，再放入氮气氛围中烘干。进一步的，将烘干后的U形光纤放入管式炉中，通入一定流量的氢气和氩气，待管式炉升至设定温度后对U形光纤进行一定时间的煅烧。进一步的，所述步骤3)中，将氯金酸粉末溶解于去离子水中，配制成一定浓度的氯金酸溶液，将所述步骤2)中煅烧后的U形光纤浸没于氯金酸溶液中，反应55-65秒后取出。进一步的，所述U形光纤为石英光纤，所述U形光纤的弯曲直径为1-5mm。进一步的，所述管式炉的设定温度为500-900℃。进一步的，所述U形倏逝波传感器中原位生长的二硫化钨的层数为2-5层。一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器，包括U形光纤，所述U形光纤表面均匀分布着金纳米颗粒，所述金纳米颗粒大小均匀。进一步的，所述金纳米颗粒的大小为20-80nm。相对于传统的光纤倏逝波传感器，本专利技术中原位生长金颗粒的倏逝波传感器有以下优点：1.原位生长使得金颗粒与U形光纤能更紧密的贴合在一起；2.金颗粒能与U形光纤更好的耦合；3.金颗粒能够增强光纤表面吸附分子的能力，从而更加有利于分子的检测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：相比于已有的光纤倏逝波传感器，本专利技术制作的光纤倏逝波传感器结合了U形光纤，二维材料，金颗粒三者的优点：U形使得传感部分的纤芯发生弯曲从而提高倏逝波的透射深度，这种结构使得光纤倏逝波传感器的灵敏度有很大的提高，且随着弯曲半径的减小灵敏度迅速增加；二维材料具有高的光学透过率，生物分子亲和能力以及化学稳定性，对于光纤倏逝波传感器的稳定性起了至关重要的作用；金属颗粒能更好的与U形光纤耦合，提高光纤倏逝波传感器的灵敏度。本专利技术操作简单，成本低廉，时效性强，易于推广。附图说明图1为本专利技术制备的U形光纤倏逝波传感器；图2为本专利技术中二硫化钨的拉曼光谱图；图3为本专利技术制备的金颗粒的扫描电子显微镜图像；图4(a)为本专利技术制备的倏逝波传感器测不同浓度的酒精时波长与吸收率的关系图，图4(b)为时间与吸收率的关系图，图4(c)和图4(d)分别为非本方法制备的光纤倏逝波传感器测得的波长与吸收率的关系图及时间与吸收率的关系图；图5为本专利技术制备的倏逝波传感器测不同浓度的氯化钠溶液时，(a)波长与吸收率的关系图，(b)时间与吸收率的关系图。具体实施方式下面结合附图与具体实施例对本专利技术做进一步的说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在倏逝波传感器的灵敏度低、稳定性差，与人们期待的相差甚远的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感器及其制备方法，通过在U形光纤表面原位生长二硫化钨及金纳米颗粒，使得金颗粒与U形光纤更好的耦合，从而增强光纤表面吸附分子的能力，更加有利于分子的检测。一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，包括：步骤1)：制备U形光纤；步骤2)：利用热分解法实现二硫化钨在U形光纤上的直接生长；步骤3)：利用二硫化钨还原氯金酸实现金颗粒在U形光纤上的直接生长。所述U形倏逝波传感器中直接生长的二硫化钨的层数为2-5层。在具体实施中：U形光纤的制备包括：选用直径为120-130μm的多模石英光纤为原材料，截取50-80cm长度后用光纤剥离刀去掉其表面的塑料氧化物，将光纤的中间区域弯曲成U形并用火烤，使其弯曲直径在1-5mm左右；将烤好的光纤依次放入丙酮，酒精和去离子水中进行清洗，之后在食人鱼溶液中浸泡后用氩气进行等离子体处理。上述制备过程中，多模石英光纤的直径优选为125μm，光纤长度优选为60cm，U形光纤弯曲直径优选为1.3mm，在丙酮，酒精和去离子水中清洗时间优选为15分钟，在食人鱼溶液中浸泡时间优选为40分钟。在具体实施中：利用热分解法实现二硫化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，其特征在于，包括：步骤1)：U形光纤的制备；步骤2)：利用热分解法在U形光纤表面原位生长二硫化钨；步骤3)：利用化学还原法在二硫化钨材料表面制备金纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，其特征在于，包括：步骤1)：U形光纤的制备；步骤2)：利用热分解法在U形光纤表面原位生长二硫化钨；步骤3)：利用化学还原法在二硫化钨材料表面制备金纳米颗粒。2.如权利要求1所述的一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，U形光纤的制备包括去掉光纤表面的塑料氧化物，将光纤的中间区域弯曲成U形并用火烤，将烤好的光纤依次放入丙酮，酒精和去离子水中清洗，之后在食人鱼溶液中浸泡一段时间后用氩气进行等离子体处理。3.如权利要求1所述的一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，其特征在于，所述步骤2)，将四硫代钨酸铵粉末溶解于乙二醇中，配制成浓度为0.9-1.1mM/L的混合溶液，对混合溶液进行超声震荡，静置后获得四硫代钨酸铵溶液；将所述步骤1)制备得到的U形光纤浸没于四硫代钨酸铵溶液中，浸泡一段时间后取出并自然晾干，再放入氮气氛围中烘干。4.如权利要3所述的一种基于金纳米颗粒/二硫化钨的U形光纤倏逝波传感的制备方法，其特征在于，将烘干后的U形光纤放入管式炉中，通入一定流量的氢气和氩气，待管式炉升...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，满宝元，姜守振，杨诚，张素真，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37