一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针制造技术

一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针所述空芯反谐振光纤为N边形空芯反谐振光纤，N取4至9的自然数，所述空芯反谐振光纤的中心的所述N边形的区域为纤芯，纤芯的四周有两种不同形状的空气孔区域，一种为六边形空气孔区域，一种为扇形空气孔区域，不同的区域间由石英璧隔开；空芯反谐振光纤的纤芯内壁镀有均匀的金属纳米粒子膜；该探针能够进行远端反面测试和近端正面测试。由于空芯处毛细作用的存在，所以十分方便液体待测物的取样；由于空芯微结构光纤空芯结构，激发光与信号光在传输过程中与石英的接触相对较少，因而具有石英拉曼背景弱的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针
本技术涉及一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针，其属于光纤传感

技术介绍
表面增强拉曼散射(Surface-EnhancedRamanScattering,SERS)是一种有效的检测手段，近年来被广泛地应用于表面吸附和催化反应、痕量分析、单分子检测、生物医学检测等诸多领域。基于表面增强拉曼散射的光纤传感器，其结合了SERS传感的特异性检测、高检测灵敏度与光纤传感的轻量、小型、分布式、易集成、稳定性高等优势，因此具有更加显著的优势。随着传感、检测技术的发展，对灵敏度的检测性能提出更高的要求。光纤在表面增强拉曼散射的检测中，可作为SERS基底，以及发生表面增强拉曼散射的反应场所，具有十分重要的作用。目前常用的作为载体的光纤，大多数是多模光纤和单模光纤。在使用传统阶跃型光纤制备SERS探针的时候，先使用蒸镀的方法，把银纳米颗粒镀到光纤的内表面；或者将待检测液体与银纳米颗粒混合，再将混合液吸入光纤。而采用这些传统的阶跃型光纤的SERS探针，虽然有成本低廉，光纤损耗较低的优势，但也有着以下的局限性：1、负载活性SERS基底的材料的面积较小；2、激励光由于全反射机制在纤芯中传输，这不可避免的会产生石英材料的拉曼散射背景，对SERS信号形成较强的背景干扰；3、为增大SERS基底的面积(例如：光纤侧表面传感，锥形光纤传感。“D”型光纤传感等)，往往要将光纤的涂覆层和包层去除，这使得暴露的光纤纤芯十分脆弱，极易损坏。
技术实现思路
本技术提供一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针的制备方法，通过在空芯反谐振光纤纤芯内壁上进行SERS基底修饰，从而制备得到端面大、背景干扰弱、灵敏度高、导光性能好、结构稳定的空芯反谐振光纤SERS探针。作为本技术的一个方面，提供一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针的制备方法，该方法包括：(1)空芯反谐振光纤的选取及预处理，其中，所述空芯反谐振光纤为N边形空芯反谐振光纤，N取4至9的自然数，所述空芯反谐振光纤的中心的所述N边形的区域为纤芯，纤芯的四周有两种不同形状的空气孔区域，一种为六边形空气孔区域，一种为扇形空气孔区域，不同的区域间由石英璧隔开；将N边形空芯反谐振光纤切成2-4厘米长的小段，两端切平；(2)镀膜，对空芯反谐振光纤的纤芯内壁进行金属纳米粒子膜的镀制，使得N边形空芯反谐振光纤的纤芯内壁形成均匀的金属纳米粒子膜，从而光纤的整个空芯均可作为传感区。本技术的另一个方面，提供一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针，其采用如上所述的基于空芯反谐振光纤的SERS探针的制备方法制备得到，所述空芯反谐振光纤为N边形空芯反谐振光纤，N取4至9的自然数，所述空芯反谐振光纤的中心的所述N边形的区域为纤芯，纤芯的四周有两种不同形状的空气孔区域，一种为六边形空气孔区域，一种为扇形空气孔区域，不同的区域间由石英璧隔开；空芯反谐振光纤的纤芯内壁镀有均匀的金属纳米粒子膜；该探针能够进行远端反面测试和近端正面测试，在远端反面测试模式下可对浓度大于等于10-5mol/L的溶液进行有效检测，在近端正面测试模式下可对浓度大于等于10-8mol/L的溶液进行有效测试。有益效果：本技术所公开的基于空芯反谐振光纤的SERS探针，由于其空芯处毛细作用的存在，因此既可以进行干态测试，又可以进行湿态测试。本技术的空芯反谐振光纤由于其特殊的空芯结构，光纤的整个空芯均可以作为传感区，因而传感面积较传统上单模/多模光纤的端面大。此外由于空芯处毛细作用的存在，所以十分方便液体待测物的取样，同时制备过程无须破坏光纤结构，可实现对液体、气体等不同状态物质的检测。由于空芯反谐振光纤的空芯结构，激发光与信号光在传输过程中与石英的接触相对较少，因而具有石英拉曼背景弱的优势，因此本技术的基于空芯反谐振光纤的SERS探针具有重要应用价值与研究意义。附图说明图1：光纤SERS探针的探测方式；图2：四边形空芯反谐振光纤端面及局部放大图；图3：四边形空芯反谐振光纤可见区域放大图；图4：四边形空芯反谐振光纤的传输谱；图5：光纤端面图；图6：基于空芯反谐振光纤的SERS探针的测试示意图；图7：基于空芯反谐振光纤的SERS探针针对不同浓度R6G的拉曼光谱图；图8：远端反面探测模式下对10-5mol/LR6G测试的拉曼光谱图；图9：近端正面探测模式下对10-7mol/L、10-8mol/LR6G测试的拉曼光谱；图10：远端反面探测模式下对10-4mol/LR6G测试的拉曼光谱图。具体实施方式下面将详细描述本申请的实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本申请。基于光纤的SERS探针中光纤有一端作为SERS基底，另外一端未修饰有金属纳米颗粒膜。在测试的过程中，我们将激励光直接作用于修饰有金属纳米颗粒膜、吸附样品分子的一端的探测方式称为近端正面探测模式；将激励光耦合至未修饰有金属纳米颗粒膜的一端，经过光纤传输后与SERS基底及样品分子作用的探测方式称为远端反面探测模式。远端反面探测模式更为符合在实际应用中的使用场景，即激发光在光纤载体中经过一段距离的传输，然后与SERS基底和样品分子相作用，产生的SERS信号在经过光纤的传输后被拉曼光谱仪所接收。如图1为光纤SERS探针探测模式示意图，其中a为近端正面探测，b为远端反面探测。空芯反谐振光纤(Anti-resonanthollowcorefiber，HC-ARF)是通过泄露模进行导光的一种空芯微结构光纤，当纤芯中掠入射的光的横向传播常数与包层石英壁不发生谐振时，可以视其为一个宽带导光窗口，空芯反谐振光纤一般具有较大的结构尺寸和简单的包层结构。当石英璧的厚度t确定时，如果波长满足式中n为石英折射率，N为整数，则光在石英中会达到最大反谐振，光会反射回纤芯进行传输，形成低损区。本技术提供了一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针的制备方法，具体包括以下步骤：(1)空芯反谐振光纤的选取及预处理中心区域为N边形的空心反谐振光纤，我们就称其为N边形空芯反谐振光纤。本技术所述的空芯反谐振光纤，可选择的包含但不限于四边形空芯反谐振光纤、五边形空芯反谐振光纤、六边形空芯反谐振光纤、七边形空芯反谐振光纤、八边形空芯反谐振光纤、九边形空芯反谐振光纤等等。这里选取四边形空芯反谐振光纤来示意性地进行说明，图2为四边形空芯反谐振光纤端面及局部放大图，图3为四边形空芯反谐振光纤可见区域放大图。中心的四边形区域为纤芯，纤芯的四周有两种不同形状的空气孔，一种为六边形空气孔，一种为扇形空气孔，不同的区域间由石英璧隔开，纤芯石英璧为四边形结构，四条边a、b、c、d的长分别为21.60μm，21.78μm，21.94μm，17.42μm；光纤的壁厚Pa1为657.6nm，可见区域的直径g为96.14μm，整个光纤的直径为273.14μm。由于空芯反谐振光纤的空芯结构，激发光与信号光在传输过程中与石英的接触相对较少，因而具有石英拉曼背景弱的优势。根据公式(1)，取石英的折射率n＝1.45，那么在理想条件下，第一低损区的中心波长为920.7nm，第二低损区的中心波长则为552.4nm。用于拉曼测试的激发光波长一般选用514nm,633nm和785nm，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针，其特征在于：所述空芯反谐振光纤为N边形空芯反谐振光纤，N取4至9的自然数，所述空芯反谐振光纤的中心的所述N边形的区域为纤芯，纤芯的四周有两种不同形状的空气孔区域，一种为六边形空气孔区域，一种为扇形空气孔区域，不同的区域间由石英璧隔开；空芯反谐振光纤的纤芯内壁镀有均匀的金属纳米粒子膜；该探针能够进行远端反面测试和近端正面测试，在远端反面测试模式下可对浓度大于等于10‑5mol/L 的溶液进行有效检测，在近端正面测试模式下可对浓度大于等于10‑8mol/L的溶液进行有效测试。

【技术特征摘要】
1.一种基于空芯反谐振光纤的SERS探针，其特征在于：所述空芯反谐振光纤为N边形空芯反谐振光纤，N取4至9的自然数，所述空芯反谐振光纤的中心的所述N边形的区域为纤芯，纤芯的四周有两种不同形状的空气孔区域，一种为六边形空气孔区域，一种为扇形空气孔区域，不同的区域间由石英璧隔开；空芯反谐振光纤的纤芯内壁镀有均匀的金属纳米粒子膜；该探针能够进行远端反面测试和近端正面测试，在远端反面测试模式下可对浓度大于等于10-5mol/L的溶液进行有效检测，在近端正面测试模式下可对浓度大于等于10-8mol/L的溶液进行有效测试。2.根据权利要求1所述的SERS探针，其特征在于：该探针可进行干态测试和湿态测试。3.根据权利要求2所述的SERS探针，其特征在于：在干态测试的情况下，所述基于空芯反谐振光纤的SERS探针在远端反面测试模式下的最低有效测试溶液浓度为10-5mol/L；所述干态测试的测试条件为，使用所述基于空芯反谐振光纤的SERS探针吸取待测溶液，将制备好的吸收有待测溶液的SERS探针样品放置于40℃的干燥箱内，干燥3小时，待溶液完全挥发后得到测试所用的SERS探针样品。4.根据权利要求2所述的SERS探针，其特征在于：在湿态测试的情况下，所述基于空芯反谐振光纤的SERS探针在远端反面测试模式下的最低有效测试溶液浓度为10-4mol/L。5.根据权利要求2所述的SERS探针，其特征在于：在干态测试或湿态测试的情况下，在近...

【专利技术属性】
技术研发人员：周桂耀，吴梦遥，侯峙云，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：广东,44