一种光学各向异性生物传感芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光学各向异性生物传感芯片，其包括玻璃基片(1)、金膜(2)、二维黑磷烯(3)、二维WS

An optical anisotropic biosensor chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种光学各向异性生物传感芯片及其制备方法
本专利技术涉及光学实验以及生物医学检测
，特别是涉及一种光学各向异性生物传感芯片及其制备方法。
技术介绍
表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance，SPR)，是发生在平面金属薄膜界面的一种物理光学现象，20世纪90年代后，发展成为一种研究生物分子相互作用的新技术。表面等离子体共振(SPR)的技术原理为：用一束线偏振光以一定角度入射到镀有金属膜的玻璃基片上，使光束发生全反射，当金属薄膜表面介质的折射率或厚度发生变化时，反射光谱中反射强度最低值的位置(即SPR角)会发生变化，据此可以检测生物分子间的反应并获得目标分析物的浓度、折射率变化等信息。目前，SPR生物传感芯片是SPR生物分子互作仪最为核心的组件，直接决定着SPR生物分子检测系统的灵敏度和应用范围。近年来，随着材料科学的快速发展以及人们对医疗诊断检测技术要求的不断提高，石墨烯、二维过渡金属硫化物等许多新型二维材料被用于改善和提高生物传感系统的检测性能。然而，由于金属膜以及石墨烯、二维过渡金属硫化物等二维材料均具有相对较高的吸收系数，现有技术中的SPR生物传感芯片通常只有在入射光为p偏振态且严格满足波矢匹配条件下，才能激发产生SPR角，极大地限制了生物传感芯片的应用范围。此外，由于受到氧化作用以及水汽的影响，亦或由于二维材料自身较低的生物相容性，现有技术中SPR生物传感芯片的传感性能仍不尽人意，探测灵敏度较低，因此，进一步拓宽SPR生物传感芯片的应用范围、提高生物传感芯片的探测灵敏度依旧十分迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种光学各向异性生物传感芯片及其制备方法。为此，本专利技术提供了一种光学各向异性生物传感芯片，其包括玻璃基片、金膜、二维黑磷烯、二维WS2原子膜和埃洛石纳米管层，其中：一层金膜镀于玻璃基片顶面；金膜的上表面，覆盖有二维黑磷烯；二维黑磷烯的上表面，覆盖有一层二维WS2原子膜；该层二维WS2原子膜的上表面，覆盖有一层埃洛石纳米管层；该层埃洛石纳米管层的上表面，用于放置目标检测物。其中，金膜的厚度为30～60nm；二维黑磷烯由三层黑磷烯组成；二维WS2原子膜由单层WS2组成。其中，所述金膜、二维黑磷烯、二维WS2原子膜与埃洛石纳米管层之间通过范德瓦耳斯力连接。此外，本专利技术还提供了一种光学各向异性生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，在镀于玻璃基片顶面上的金膜的上表面，自组装上二维黑磷烯3；步骤S2，将一层二维WS2原子膜完全覆盖于所述二维黑磷烯的上表面；步骤S3，将溶有埃洛石纳米管的无水乙醇溶液，均匀地喷射于二维WS2原子膜的上表面，获得样品；步骤S4，将样品放置在加热台上，采用80°±5°的温度，加热20～60分钟，进行烘干、固化，使得无水乙醇挥发，二维WS2原子膜和二维黑磷烯自封闭于埃洛石纳米管层与金膜之间，即获得所述光学各向异性生物传感芯片。其中，在步骤S1中，金膜的厚度为30～60nm。其中，在步骤S1中，二维黑磷烯通过化学气相沉积原位生长在金膜上，或者机械剥离、液相剥离制备后通过转移或者涂覆的方法将二维黑磷烯置于金膜上。其中，在步骤S2中，二维WS2原子膜4经化学气相沉积制备后，通过湿法转移技术将二维WS2原子膜置于二维黑磷烯上。其中，在步骤S3中，通过改变或控制无水乙醇溶液中埃洛石纳米管的浓度，来调节在步骤S4中最终形成的埃洛石纳米管层的厚度。其中，当步骤S3中的无水乙醇溶液中埃洛石纳米管的质量浓度为1.0％～7.5％时，在步骤S4中对应所形成的埃洛石纳米管层的厚度介于300～560nm之间。其中，在步骤S1中，二维黑磷烯由三层黑磷烯组成；在步骤S2中，二维WS2原子膜由单层WS2组成。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种光学各向异性生物传感芯片及其制备方法，本专利技术提供的生物传感芯片，对激发光源的要求不局限于传统生物传感芯片所要求的p偏振光，对s偏振光和p偏振光均具有非常高的探测灵敏度，且制备方法简单，环保无毒无污染，保存时间长，可为食品质量检测、环境污染物分析以及生物医学分子诊断等领域提供技术支持，具有重大的生产实践意义。附图说明图1为本专利技术提供的一种光学各向异性生物传感芯片的结构示意简图；图1中，1为玻璃基片，2为金膜，3为二维黑磷烯，4为二维WS2原子膜，5为埃洛石纳米管层，6为目标检测物：7为直角坐标系；图2为本专利技术提供的一种光学各向异性生物传感芯片对不同化学溶液的光响应图谱，激发光源的偏振态为p偏振光；在图2中，a0、a1和a2分别为图1中的生物传感芯片绕直角坐标系7中的z轴旋转0°、45°和90°后去离子水的光响应曲线；b0、b1和b2分别为图1中的生物传感芯片绕直角坐标系7中的z轴旋转0°、45°和90°后乙醇的光响应曲线；图3为本专利技术提供的一种光学各向异性生物传感芯片对不同化学溶液的光响应图谱，激发光源的偏振态为s偏振光；在图3中，c0、c1和c2分别为图1中的生物传感芯片绕直角坐标系7中的z轴旋转0°、45°和90°后去离子水的光响应曲线；d0、d1和d2分别为图1中的生物传感芯片绕直角坐标系7中的z轴旋转0°、45°和90°后乙醇的光响应曲线；图4为现有技术的裸金芯片得到的生物传感芯片，对不同化学溶液的光响应图谱，激发光源的偏振态为p偏振光；在图4中，e为目标检测物6为去离子水时的光响应曲线，f为目标检测物6为乙醇时的光响应曲线；图5为现有技术的裸金芯片上只自组装一层二维WS2原子膜4所得到的生物传感芯片对不同化学溶液的光响应图谱，激发光源的偏振态为p偏振光；在图5中，g为目标检测物6为去离子水时的光响应曲线，h为目标检测物6为乙醇时的光响应曲线；图6为现有技术的裸金芯片和裸金芯片上只自组装一层二维WS2原子膜4所得到的生物传感芯片对不同化学溶液的光响应图谱，激发光源的偏振态为s偏振光。在图6中，i和m为目标检测物6为去离子水时的光响应曲线，j和n为目标检测物6为乙醇时的光响应曲线；i和j为现有技术的裸金芯片得到的生物传感芯片对不同化学溶液的光响应图谱；m和n为现有技术的裸金芯片上只自组装一层二维WS2原子膜4所得到的生物传感芯片对不同化学溶液的光响应图谱。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在本申请的描述中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学各向异性生物传感芯片，其特征在于，包括玻璃基片(1)、金膜(2)、二维黑磷烯(3)、二维WS

【技术特征摘要】
1.一种光学各向异性生物传感芯片，其特征在于，包括玻璃基片(1)、金膜(2)、二维黑磷烯(3)、二维WS2原子膜(4)和埃洛石纳米管层(5)，其中：
一层金膜(2)镀于玻璃基片(1)顶面；
金膜(2)的上表面，覆盖有二维黑磷烯(3)；
二维黑磷烯(3)的上表面，覆盖有一层二维WS2原子膜(4)；
该层二维WS2原子膜(4)的上表面，覆盖有一层埃洛石纳米管层(5)；
该层埃洛石纳米管层(5)的上表面，用于放置目标检测物(6)。


2.如权利要求1所述的光学各向异性生物传感芯片，其特征在于，金膜(2)的厚度为30～60nm；
二维黑磷烯(3)由三层黑磷烯组成；
二维WS2原子膜(4)由单层WS2组成。


3.如权利要求1所述的光学各向异性生物传感芯片，其特征在于，所述金膜(2)、二维黑磷烯(3)、二维WS2原子膜(4)与埃洛石纳米管层(5)之间通过范德瓦耳斯力连接。


4.一种光学各向异性生物传感芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在镀于玻璃基片(1)顶面上的金膜(2)的上表面，自组装上二维黑磷烯(3)；
步骤S2，将一层二维WS2原子膜(4)完全覆盖于所述二维黑磷烯(3)的上表面；
步骤S3，将溶有埃洛石纳米管的无水乙醇溶液，均匀地喷射于二维WS2原子膜(4)的上表面，获得样品；
步骤S4，将样品放置在加热台...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾光一，黄珍献，王堉琪，刘铭，姚秀琪，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12