基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，包括倒置的纳米结构均匀光栅、金属平面传感区、配体层和受体层，所述倒置的同质纳米结构均匀光栅和金属平面传感区构成传感器单元结构，所述金属平面传感区连接在所述倒置的纳米结构均匀光栅的上表面，所述配体层连接在所述金属平面传感区的上表面，所述受体层特异性结合在配体层表面。本发明专利技术提高了等离激元生物传感器的通用性，提高等离激元模式下生物分子检测中的近场利用效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器


[0001]本专利技术属于等离激元纳米结构和生物分子传感
，本专利技术尤其涉及一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器。

技术介绍

[0002]近年来，等离激元应用范围十分广泛，例如对光学透镜、传感、光捕获、集成电路、高分辨率成像、化学分析和光热操纵等应用均随着需求不断增加，关于等离激元应用于疾病检测、环境保护、食品卫生等各个领域的研究也越来越多，尤其是在生物传感器等方面，具有重要的科学意义和实用价值。等离激元纳米阵列的空间近场分布特性与相应的结构几何形状、尺寸密切相关，可通过棱镜耦合、光栅耦合、局域表面等离激元耦合等物理机制增强光学近场。
[0003]但是在这其中，棱镜耦合型等离激元生物传感器需要复杂的光路结构以及体积巨大的棱镜，不利于搭建小型化和集成化检测系统。而当前光栅耦合型的等离激元生物传感器，它们的传感区大多数由诸如周期性纳米孔洞阵列，或者周期性纳米柱阵列组成；这样的传感器，其传感区表面凹凸不平，对于不同的生物标志物，其分子形态和尺寸存在显著差异，如常规的肿瘤标志物糖类抗原19
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9(CA19
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9)分子量为10kDa，免疫球蛋白IgM的分子量为900kDa，存在近两个数量级的差距，纳米孔洞阵列以及纳米柱阵列显然无法同时适用这样尺寸与形状不同的生物标志物，这严重限制等离激元表面光学近场的空间利用率；当待测溶液流过其表面时，有的进入纳米孔洞中，有的却停留在平面，影响了检测结果。因此，开发一种能够适用各种形状、尺寸的生物标志物，同时更加具有通用性的纳米结构等离激元生物传感器至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，以克服现有技术所存在的缺陷。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，包括倒置的纳米结构均匀光栅、金属平面传感区、配体层和受体层，所述倒置的同质纳米结构均匀光栅和金属平面传感区构成传感器单元结构，所述金属平面传感区连接在所述倒置的纳米结构均匀光栅的上表面，所述配体层连接在所述金属平面传感区的上表面，所述受体层特异性结合在配体层表面。
[0007]进一步地，所述倒置的纳米结构均匀光栅为蓝宝石Al2O3或硅Si或二氧化硅SiO2或氮化硅Si3N4。
[0008]进一步地，所金属平面传感区为金Au、银Ag、铂Pt、铝Al、铜Cu或氮化钛TiO2中的任一种或多种复合。
[0009]进一步地，所述SiO2的折射率范围为1.45
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1.48，所述Si的折射率范围为3.4
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3.48，所述Al2O3的折射率范围为1.76
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1.90，所述Si3N4的折射率范围为2.00
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2.65。
[0010]进一步地，所述金属平面传感区的厚度为t1为10
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100nm，所述倒置的纳米结构均匀光栅中波导层的厚度t2为10
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100nm，所述倒置的纳米结构均匀光栅中光栅层的厚度t3为10
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200nm，所述倒置的纳米结构均匀光栅的周期p为300
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600nm，所述倒置的纳米结构均匀光栅的占空比f为0.2
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0.9。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术提供的一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，避免了纳米阵列结构凹凸不平引起的检测不均匀性，也避免了大型棱镜结构以及复杂光路结构的使用，在使用时，可见光从该结构下方入射，避免了样品分布不均匀的问题，并且可以降低检测样品溶液对器件性能的影响，能够同时适用于不同尺寸的生物标志物，提高了等离激元生物传感器的通用性，提高等离激元模式下生物分子检测中的近场利用效率。
附图说明
[0012]附图示出了本专利技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本专利技术的原理，其中包括了这些附图以提供对本专利技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1为本专利技术实施例提供的基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器的单元结构示意图。
[0015]图2为本专利技术实施例提供的基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器的结构示意图。
[0016]图3为本专利技术实施例提供的金属层厚度为20
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70nm的通用型纳米结构等离激元生物传感器的反射率谱线图。
[0017]图4为本专利技术实施例提供的金属层厚度为20
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70nm的通用型纳米结构在共振波长处的电场强度分布图。
[0018]图5a为本专利技术实施例提供的波导层厚度为10
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50nm的通用型纳米结构等离激元生物传感器的反射率谱线图；图5b为本专利技术实施例提供的波导层厚度为60
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100nm的通用型纳米结构等离激元生物传感器的反射率谱线图。
[0019]图6a为本专利技术实施例提供的波导层厚度为10
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50nm的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图；图6b为本专利技术实施例提供波导层厚度为60
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100nm的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图。
[0020]图7a为本专利技术实施例提供的光栅层厚度为10
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50nm的通用型纳米结构在共振波长处的反射率谱线图；图7b为本专利技术实施例提供光栅层厚度为60
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100nm的通用型纳米结构在共振波长处的反射率谱线图。
[0021]图8a为本专利技术实施例提供的光栅层厚度为10
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50nm的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图；图8b为本专利技术实施例提供的光栅层厚度为60
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100nm的通
用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图。
[0022]图9a为本专利技术实施例提供的光栅占空比为0.1
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0.5的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图；图9b为本专利技术实施例提供的光栅占空比为0.5
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1.0的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图。
[0023]图10a为本专利技术实施例提供的光栅占空比为0.1
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0.5的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向电场强度分布图；图10b为本专利技术实施例提供的光栅占空比为0.5
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1.0的通用型纳米结构在共振波长处的归一化横向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，其特征在于，包括倒置的纳米结构均匀光栅、金属平面传感区、配体层和受体层，所述倒置的同质纳米结构均匀光栅和金属平面传感区构成传感器单元结构，所述金属平面传感区连接在所述倒置的纳米结构均匀光栅的上表面，所述配体层连接在所述金属平面传感区的上表面，所述受体层特异性结合在配体层表面。2.根据权利要求1所述的一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，其特征在于：所述倒置的纳米结构均匀光栅为蓝宝石Al2O3或硅Si或二氧化硅SiO2或氮化硅Si3N4。3.根据权利要求1所述的一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，其特征在于，所金属平面传感区为金Au、银Ag、铂Pt、铝Al、铜Cu或氮化钛TiO2中的任一种或多种复合。4.根据权利要求2所述的一种基于等离激元的纳米结构平面化倒置光栅生物传感器，其特征在于，所述SiO2的折射率范...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锦锋，朱嘉恒，李法君，谢奕浓，刘雪莹，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：