一種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器，包括衍射光柵與金屬三角納米粒子形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其特征是：所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是由排列在衍射光柵抗蝕層上的金屬三角納米粒子構(gòu)成；金屬三角納米粒子的形成首先是通過在抗蝕層上利用尺寸分散的聚丙乙烯納米球進(jìn)行自組裝形成淀積掩膜，然后金屬通過高溫或電子束蒸發(fā)的方法濺射到納米球?qū)又校偻ㄟ^清洗移除聚丙乙烯納米球后，殘留的金屬即形成排列好的三角納米粒子。其優(yōu)點(diǎn)是：在充分發(fā)揮SPR技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，不再拘泥于SPR傳感器僅僅作為單一器件實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)測量，衍射光柵結(jié)構(gòu)提供了技術(shù)集成的基礎(chǔ)，且以現(xiàn)有制備技術(shù)而言，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】一種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年來,表面等離子共振(Surface plasmon resonance, SPR)技術(shù)的已經(jīng)發(fā)展成為了研究分子之間相互作用的一種新型技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者采用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多種信號(hào)的傳感測量，尤其以Christophe Caucheteur等人設(shè)計(jì)傳感器為代表。他們利用傾斜光纖光柵(Tilted fiber Bragg grating, TFBG)的傳輸性質(zhì)計(jì)算傳輸矩陣,從而得到最優(yōu)化的極化參數(shù)，由于TFBG的抗干擾性強(qiáng)，因此TFBG的SPR傳感器有很強(qiáng)的實(shí)用性。鑒于SPR技術(shù)具有樣品無需標(biāo)記，易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析，高選擇性、高靈敏度，分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，適于多種生物量的分子相互動(dòng)力學(xué)作用研究，使其在生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、藥物研究、食品安全、蛋白質(zhì)檢測等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，同時(shí)受到了國內(nèi)外諸多學(xué)者的廣泛重視。
[0003]《New Journal of Physics))在 2008 年5卷 10期 13 頁上登載了 “Theoreticalunderstanding of an alternating dielectric multilayer-based fiber optic SPR sensorand its application to gas sensing” 一 文，A.K.Sharmal 等人選擇 SiO2 和 TiO2 作為介質(zhì)層，詳細(xì)在理論分析了具有交替多層介質(zhì)系統(tǒng)，這個(gè)氣體傳感器理論上的極限是10.5RIU(Refraction Index Unit),在可見光區(qū)域有很大的工作范圍，然而其并未在生物傳感系統(tǒng)里提供有效的集成化結(jié)構(gòu)。因此解決SPR技術(shù)應(yīng)用在生物信號(hào)傳感器中集成化結(jié)構(gòu)成為了 SPR傳感器向?qū)嵱眯娃D(zhuǎn)變的首要目標(biāo)。
[0004]通過檢索得知:目前對于SPR傳感器的研究基本集中在微流控芯片、生物微電子機(jī)械系統(tǒng)、微全分析系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有SPR傳感器不能作為微納集成傳感系統(tǒng)的瓶頸，而提供一種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器，包括衍射光柵與金屬三角納米粒子形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述衍射光柵是通過在Pyrex玻璃板的一個(gè)板面上制作聚甲基丙烯酸甲酯的抗蝕層，在沒有抗蝕層的玻璃板板面上蝕刻出的單維衍射光柵，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是由排列在衍射光柵抗蝕層上的金屬三角納米粒子構(gòu)成；金屬三角納米粒子的形成首先是通過在抗蝕層上利用尺寸分散的聚丙乙烯納米球進(jìn)行自組裝形成淀積掩膜，然后金屬通過高溫或電子束蒸發(fā)的方法濺射到納米球?qū)又?，再通過清洗移除聚丙乙烯納米球后，殘留的金屬即形成排列好的三角納米粒子。
[0007]所述Pyrex玻璃板的厚度為1mm。
[0008]所述衍射光柵是采用氟離子基實(shí)現(xiàn)蝕刻處理、蝕刻深度為35nm的亞波長光柵。[0009]所述傳感器是利用衍射光柵實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)的輸入輸出。
[0010]所述傳感器輸入輸出的生物信號(hào)波長為35nm的亞波長。
[0011]所述的納米粒子形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)起到的作用是:當(dāng)分子結(jié)合到金屬三角納米粒子表面時(shí)，折射率變化，使波長發(fā)生漂移，這樣就為探測提供了基礎(chǔ)。本發(fā)明通過反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了性能計(jì)算。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:在充分發(fā)揮SPR技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，不再拘泥于SPR傳感器僅僅作為單一器件實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)測量，衍射光柵結(jié)構(gòu)提供了技術(shù)集成的基礎(chǔ)，且以現(xiàn)有制備技術(shù)而言，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，帶有金屬納米粒子3增強(qiáng)的光柵式輸入I輸出4的表面等離子共振傳感器，該衍射光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過在Imm厚的Pyrex玻璃板2的一個(gè)板面上制作聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的抗蝕層5，采用配有光刻系統(tǒng)的掃描電子顯微鏡(SEM)在沒有抗蝕層的玻璃板板面上進(jìn)行蝕刻處理，形成一個(gè)100X 100 μ m2的單維衍射光柵；納米球金屬粒子波導(dǎo)首先通過在抗蝕層上進(jìn)行聚丙乙烯溶膠沉積，形成納米球自組裝掩膜，然后金屬通過高溫或電子束蒸發(fā)的方法濺射到納米球?qū)又?，再通過清洗移除聚丙乙烯納米球后，殘留的金屬將形成排列好的金屬三角納米粒子3，這樣可以實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)的光柵連接的輸入輸出，所述金屬采用金薄膜。設(shè)計(jì)的傳感器具備超高靈敏度(IO-8RIU)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力(ms級(jí))，可以進(jìn)行包括蛋白分析等多種生物量傳感。
【權(quán)利要求】
1.一種衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器,包括衍射光柵與金屬三角納米粒子形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其特征是:所述衍射光柵是通過在pyrex玻璃板的一個(gè)板面上制作聚甲基丙烯酸甲酯的抗蝕層，在沒有抗蝕層的玻璃板板面上蝕刻出的單維衍射光柵，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是由排列在衍射光柵抗蝕層上的金屬三角納米粒子構(gòu)成；金屬三角納米粒子的形成首先是通過在抗蝕層上利用尺寸分散的聚丙乙烯納米球進(jìn)行自組裝形成淀積掩膜，然后金屬通過高溫或電子束蒸發(fā)的方法濺射到納米球?qū)又?，再通過清洗移除聚丙乙烯納米球后，殘留的金屬即形成排列好的三角納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器，其特征是:所述Pyrex玻璃板的厚度為1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器，其特征是:所述衍射光柵是采用氟離子基實(shí)現(xiàn)蝕刻處理、蝕刻深度為35nm的亞波長光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器，其特征是:所述傳感器是利用衍射光柵實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)的輸入輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光柵輸入輸出的表面等離子共振傳感器，其特征是:所述傳感器輸 入輸出的生物信號(hào)波長為35nm的亞波長。
【文檔編號(hào)】G01N21/55GK104020139SQ201410239945
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李志全, 朱君, 趙玲玲, 嚴(yán)蕾, 孟曉云, 牛力勇 申請人:燕山大學(xué)