[發(fā)明專利]一種垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410410955.4
• 申請(qǐng)日: 2014-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN104198434B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建華;李萬博;黃鏡先
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 陳衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

局域表面等離子體諧振傳感器無需耦合棱鏡、光波導(dǎo)或者衍射光柵，即可實(shí)現(xiàn)其入射光波動(dòng)量與表面等離子體波的相匹配，并穩(wěn)定的激發(fā)局域表面等離子體。相較于傳播表面等離子體諧振傳感器，它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)，且適用于檢測(cè)局域范圍內(nèi)的分子捕獲或吸附引起的折射率變化。目前報(bào)道的局域表面等離子體諧振傳感器檢測(cè)方式有反射型和透射型兩種。其中后者需以透明材料作為基地方可實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明人前期研究獲得的最初的蘑菇頭狀柱陣列加工時(shí)通過光刻的方式，即兩次正交的雙光束曝光或者一次三光束曝光，然后施以過度顯影，制備出頂部和底部比中部稍大的光刻介質(zhì)柱；然后在通過真空垂直蒸鍍金屬，制備出頂部金屬帽和底部金屬孔陣。所述的蘑菇頭裝柱陣列傳感器擁有非常高的品質(zhì)因數(shù)（折射率靈敏度與諧振峰（谷）半高峰寬之比）。

但是，這種以光刻方式加工的蘑菇頭狀柱陣列作為折射率傳感，不可避免存在如下難題：一，由于光刻技術(shù)制備技術(shù)成本昂貴，加工條件（如濕度、大氣壓和光刻操作步驟中的人為因素）的輕微差異都會(huì)帶來批次產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變化，不同結(jié)構(gòu)其共振模式也會(huì)有差異，這是本發(fā)明傳感器規(guī)模化制備所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；二，以光刻膠為基底的蘑菇頭陣列由于透光性能很差，因此只適用于反射型光路系統(tǒng)，不利于光學(xué)器件的微型化和平行集成。三，此方法獲得的蘑菇頭柱陣列傳感器的最優(yōu)化入射角處于斜射，然而在使用折射率傳感器進(jìn)行生化檢測(cè)時(shí)，光斜射透過不同折射率介質(zhì)時(shí)，其傳播方向會(huì)發(fā)生改變。因此當(dāng)待測(cè)樣品的溶劑或者容器發(fā)生變化時(shí)，斜入射型的折射率傳感器都必須重新校正其入射角度；特別的，在使用透射型折射率傳感器進(jìn)行檢測(cè)或分析時(shí)，不同濃度樣品或者反應(yīng)進(jìn)行的階段，溶液折射率存在差異或變化，透射光譜特征峰位移部分源自于入射角度的改變，造成不可消除的誤差。上述難題嚴(yán)重阻礙了蘑菇頭狀柱陣列折射率傳感器的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有局域表面等離子體諧振傳感器的缺陷和不足，提供一種可應(yīng)用于垂直透射檢測(cè)的局域等離子諧振折射率傳感器，并實(shí)現(xiàn)其均一可控且低成本的大規(guī)模制備。

本發(fā)明的目的是提供一種垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器。

本發(fā)明的另一目的是提供上述垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器的制備方法。

本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器，所述的傳感器包括金屬帽、透明介質(zhì)柱層、金屬孔陣層；其中，所述透明介質(zhì)柱層是由透明材料制備而成，包括一個(gè)基底層和分布于基底層上的柱陣列；柱陣列中每個(gè)柱子的頂部與柱子和基底層連接的根部的形狀及面積都相同，并且柱子的頂部的面積大于中部的橫截面的面積；所述金屬帽為覆蓋柱陣列中每個(gè)柱子頂部的金屬膜，金屬孔陣層為覆蓋基底層的金屬膜。

所述透明介質(zhì)柱也可描述為蘑菇頭狀柱陣列透明基底。

優(yōu)選地，所述透明材料為紫外固化光學(xué)膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷；所述柱陣列中每個(gè)柱子的頂部和根部的形狀為方形或圓形；且頂部至根部之間為凹形。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種上述垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器的制備方法，該方法可在普通實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均一，無批次差異，且加工成本低，適宜大規(guī)模制備。具體包括以下步驟：

S1.采用微納加工技術(shù)在平坦光滑的基底上制備柱陣列模板，該柱陣列模板包括一個(gè)基底層和分布于基底層上的柱陣列；柱陣列中每個(gè)柱子的根部和頂部均大于中部；

S2.將混勻的聚二甲基硅氧烷（PDMS，成分A、B混合）預(yù)聚體澆注在柱陣列模板上，復(fù)制出軟彈性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章；

S3.將透明材料預(yù)聚液澆注在聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章上，除去氣泡后使之固化，分離印章，即獲得柱陣列透明基底；

S4.在柱陣列透明基底的基底層平面和每個(gè)柱子頂部真空垂直蒸鍍一層金屬薄膜，獲得權(quán)利要求1所述垂直透射型局域等離子諧振折射率傳感器

步驟S4采用真空垂直蒸鍍金屬，獲得的傳感器介質(zhì)柱壁上無金屬殘留，金屬帽和紫外固化光學(xué)膠柱子呈（兩頭大，中間小），金屬孔和柱子有一定間隙。

優(yōu)選地，步驟S1所述的微納加工技術(shù)是激光相干曝光、反應(yīng)離子刻蝕或光刻技術(shù)；所述平坦光滑的基底為玻璃片或硅片。

優(yōu)選地，步驟S2的具體方法為：

S21.將混勻的聚二甲基硅氧烷（PDMS，成分A、B混合）預(yù)聚體澆注在蘑菇頭狀柱陣列模板上；