【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物传感器，尤其涉及基于二维材料的spr传感器芯片及其制备方法和用途。
技术介绍
1、现有技术检测植物叶片重金属离子存在的问题：在植物叶片重金属离子检测中，传统的离子选择电极测量等方法可能存在以下问题：（1）样品前处理繁琐：传统的离子选择电极测量通常需要对植物叶片样品进行样品制备、抽提离子等复杂的前处理流程，操作复杂，易造成操作误差和样品污染。（2）检测灵敏度不高：传统方法的检测灵敏度有限，不能满足对微量重金属离子的快速、准确检测要求。（3）实时监测困难：传统离子选择电极测量方法通常需要破坏样品结构，无法进行实时、实时监测，难以了解重金属离子的动态变化。
2、表面等离子体共振（surface plasmon resonance，spr）是指在金属表面，受外界电磁场激发，金属的导带电子发生共振的现象。棱镜型spr的典型模型是一个全反射棱镜，全反射表面镀有一层或多层金属膜，当光信号在全反射面的入射角大于临界角时，光信号发生全反射，在此条件下，光信号的p偏振光在棱镜全反射面与金属膜的分界面向金属膜介质传输光信号，该光信号即为倏逝波，其振幅呈指数衰减，导致金属介质中的自由电子形成表面等离子波。如果调整光信号的入射角或波长为某一数值时，表面等离子波的频率与倏逝波的波数相等，它们将发生能量耦合，产生共振，随即入射光信号的能量被吸收，发射光强相应降低，当反射光能量在一定角度内急剧减小，此时在反射光谱出现共振峰，对应的诱使反射光完全消失的入射角称之为共振角。
3、传统的spr 传感芯片主要以金属薄膜结构为主
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提高spr传感器在检测植物叶片重金属离子的灵敏度和准确性，针对现有技术的上述不足，提出基于二维材料的spr传感器芯片及其制备方法和用途。
2、基于二维材料的spr传感器，包括棱镜，所述棱镜上依次覆盖金属层、氧化铟锡层和二维材料层，所述二维材料为mxene二维材料或钙钛矿二维材料。
3、所述钙钛矿二维材料的制备方法包括如下步骤：
4、s1、将钙钛矿纳米材料采用纳米银和聚乙烯醇进行修饰，得到改性钙钛矿纳米材料；
5、s2、溶剂处理和剥离：将改性钙钛矿纳米材料分散在剥离液中，在超声波作用下促进改性钙钛矿纳米材料的剥离和分散，获得单层改性钙钛矿二维材料的分散溶液；
6、s3、涂覆：将改性钙钛矿纳米材料分散液涂覆到氧化铟锡层表面，使其在基底上形成均匀的钙钛矿二维薄膜或片层结构；
7、s4、热处理和结晶化：热处理形成钙钛矿二维材料。
8、上述技术方案进一步设置为：所述氧化铟锡层厚度为1~5nm。
9、上述技术方案进一步设置为：所述mxene二维材料设有1~2层，mxene二维材料单层厚度为0.993nm。
10、上述技术方案进一步设置为：所述钙钛矿二维材料设有1~8层，钙钛矿二维材料单层厚度为1nm。
11、上述技术方案进一步设置为：所述金属层为ag膜，ag膜的厚度为10~50nm。
12、上述技术方案进一步设置为：所述棱镜材质为bk7玻璃，折射率为1.5151，厚度为200 nm。
13、一种基于二维材料的spr传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
14、s1、选择玻璃作为基底材料，在基底材料表面沉积ag膜；
15、s2、在ag膜上沉积ito薄膜；
16、s3、在ito薄膜上沉积mxene二维材料或钙钛矿二维材料，得到spr传感器芯片。
17、一种基于二维材料的spr传感器，包括he-ne激光器、偏振片、spr传感器芯片、旋转台、光电探测器、透镜、互补金属氧化物半导体器件相机、主控单元，显示器；所述he-ne激光器用于产生入射光，所述入射光通过偏振片射入spr传感器芯片中，所述spr传感器芯片安装在旋转台上，所述反射光通过光电探测器和透镜被互补金属氧化物半导体器件相机捕获后传输到主控单元。
18、spr传感装置检测植物叶片中重金属离子的方法，包括以下步骤：
19、s1、在温室内栽培植株，采用正交实验的方法进行重金属试剂的定时浇灌，获得含不同浓度重金属离子的植物叶片；
20、s2、将含不同浓度重金属离子的植物叶片利用植物型溶剂溶解成标准液体样本，按照标准液体样本中重金属离子浓度梯度，依次采用spr传感器采集632.8 nm波段下的标准液体样本spr光谱成像数据，制备标准曲线；
21、s3、将待检测的含重金属离子植物叶片采用植物型溶剂溶解成待测液体样本后，采用spr传感器采集632.8 nm波段下的待测液体样本的spr光谱成像数据，根据步骤s2中的标准曲线得到含重金属离子植物叶片中重金属离子含量。
22、上述技术方案进一步设置为：所述重金属离子包括hg2+、cd2+、pb2+、cr2+、cr3+、cr6+、zn2+、cu2+中的一种。
23、本专利技术的有益效果是：
24、1.本专利技术中的spr传感器芯片通过整合ag、ito、mxene或钙钛矿材料的优点，实现了spr传感器芯片多层次的功能增强：ag膜提供spr效应的基础；ito是一种透明导电氧化物，在spr传感器芯片中，ito作为基底材料，提供优异的光学透射和电导率，有助于优化传感器的光学信号采集和增强效应；mxene二维材料层或钙钛矿二维材料层对重金属离子具有较好的吸附性，有利于对重金属离子进行特异性检测；mxene作为一种导电性和化学稳定性优异的二维材料，修饰在spr传感器芯片的基底表面，可以增强spr传感器芯片的电荷传输效率，从而提高传感器的灵敏度，同时增强spr传感器芯片的化学稳定性；钙钛矿二维材料层能优化光学信号和灵敏度。这些特性使得该spr传感器在植物重金属检测方面具有较高的灵敏度。
25、2.钙钛矿具有高电子浓度、高迁移率、光学和电子特性，有助于spr传感器提高性能。钙钛矿能够在spr传感器芯片表面形成局部增强电磁场效应（lspr），这种效应可以增强spr传感器芯片表面的光信号，提高spr传感器芯片对目标分子的检测灵敏度。
26、当使用钙钛矿作为spr传感器芯片材料来检测植物中的重金属时，其生物相容性就显得尤为重要。因为钙钛矿具有一定的毒性，可能与植物样品中的细胞发生相互作用，会影响到检测结果的准确性和可靠性。通过聚乙烯醇对钙钛矿表面进行修饰，形成稳定的包覆层，可以提高其稳定性，同时增强其生物相容性，避免钙钛矿与植物液体样本中的细胞发生相互作用，提高spr传感器芯片对重金属的检测准确性。
27、纳米银修饰本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于二维材料的SPR传感器芯片，其特征在于：包括棱镜，所述棱镜上依次覆盖金属层、氧化铟锡层和二维材料层，所述二维材料为MXene二维材料或钙钛矿二维材料。
2.根据权利要求1所述的基于二维材料的SPR传感器芯片，其特征在于，所述钙钛矿二维材料的制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于二维材料的SPR传感器芯片，其特征在于：所述氧化铟锡层厚度为1~5nm。
4.根据权利要求1所述的基于二维材料的SPR传感器芯片，其特征在于：所述MXene二维材料设有1~5层，所述MXene二维材料单层厚度为0.993nm。
5.根据权利要求1所述的基于二维材料的SPR传感器芯片，其特征在于：所述钙钛矿二维材料设有1~8层，所述钙钛矿二维材料单层厚度为1nm。
6.根据权利要求1所述的基于二维材料的SPR传感器芯片，其特征在于：所述金属层为Ag膜，所述Ag膜的厚度为10~50nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于二维材料的SPR传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.一种基于
9.根据权利要求8所述的SPR传感器检测植物叶片中重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的SPR传感器检测植物叶片中重金属离子的方法，其特征在于：所述重金属离子包括Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr2+、Cr3+、Cr6+、Zn2+、Cu2+中的一种。
...【技术特征摘要】
1.基于二维材料的spr传感器芯片，其特征在于：包括棱镜，所述棱镜上依次覆盖金属层、氧化铟锡层和二维材料层，所述二维材料为mxene二维材料或钙钛矿二维材料。
2.根据权利要求1所述的基于二维材料的spr传感器芯片，其特征在于，所述钙钛矿二维材料的制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于二维材料的spr传感器芯片，其特征在于：所述氧化铟锡层厚度为1~5nm。
4.根据权利要求1所述的基于二维材料的spr传感器芯片，其特征在于：所述mxene二维材料设有1~5层，所述mxene二维材料单层厚度为0.993nm。
5.根据权利要求1所述的基于二维材料的spr传感器芯片，其特征在于：所述钙钛矿二维材料设有1~8层，所述钙钛矿二维...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩磊，徐文韬，金敏，李闪闪，高健博，任斌，吕慧敏，杜生强，高峰，宋雪飞，张超，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：
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