[發明專利]基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器

在審

• 申請號: 201811058545.2
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109085141A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 王琦;王波濤;王雪州;趙萬明;井建迎
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

為了解決現有光纖SPR生物傳感器的靈敏度較低的問題，本發明提出了一種基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器。本發明利用金膜表面的等離子體波和金納米棒表面的局域表面等離子體波之間的等離激元耦合效應增強電場強度，同時氧化石墨烯能促進金膜和金納米棒之間的電荷轉移，進而增強表面等離體波和待測物質的相互作用，提高檢測靈敏度；另外，氧化石墨烯具有優異的生物傳感特性，具有生物相容性和大比表面積，可以更好地實現生物量和化學量的測量。本發明相比于普通的光纖SPR傳感器具有更高的傳感靈敏度與化學穩定性，能夠實時監測，其結構緊湊，能夠廣泛應用物理、化學、生物、醫療、食品安全等領域。

技術領域

本發明涉及生物傳感器技術領域，具體涉及SPR生物傳感器，尤其涉及一種基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器。

背景技術

光纖表面等離子共振(Surface Plasmon Resonance)存在于光纖表面的金屬膜和外部介質的交界面上，當光從光密介質入射到光疏介質時，會發生全反射，但仍有一部分光透過光疏介質，形成倏逝波，同時，由于金屬受電磁干擾時，金屬內部的電子密度分布會變得不均勻，由此會造成電子的集體震蕩，并以波的形式表現，稱為等離子波。當倏逝波與表面等離子波發生共振時，能量從光子轉移到表面等離子，入射光的大部分能量被表面等離子波吸收，使反射光的能量急劇減少，反射光強響應曲線會產生一個波谷，此時對應的入射光波長為共振波長。光纖SPR傳感器具有制作簡單、成本低、易小型化和抗電磁干擾等優點，在生物和化學檢測領域得到了廣泛應用。

表面等離子體共振(SPR)生物傳感器由于其高靈敏度和生物相容性而在生物和化學檢測中引起了極大的關注。根據表面等離子體波與周圍生物分子之間的相互作用，會導致共振角或共振波長的漂移，由此可實現外部生物分子的檢測。與基于棱鏡的傳統SPR生物傳感器相比，光纖SPR生物傳感器具有制作簡單，成本低，傳感結構小型化和抗電磁干擾的特性。然而，傳統的SPR生物傳感主要依靠金膜來實現檢測，缺乏足夠高的靈敏度來檢測更低相對分子質量的生物分子，因此，仍然需要進一步提高傳感器的靈敏度，這樣有助于擴大傳感器的應用范圍。

發明內容

為了解決現有光纖SPR生物傳感器的靈敏度較低的問題，本發明提出了一種基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器，本發明利用金膜表面的等離子體波和金納米棒表面的局域表面等離子體波之間的等離激元耦合效應增強電場強度，同時，氧化石墨烯能促進金膜和金納米棒之間的電荷轉移，進而增強表面等離體波和待測物質的相互作用，提高檢測靈敏度。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器，包括單模側邊拋磨光纖，在單模光纖側邊拋磨的拋磨面上，由內到外依次為40～60nm厚的金膜、0.1～1nm厚的氧化石墨烯膜和金納米棒層。

進一步地，所述的金膜表面通過共價鍵結合方法來固定氧化石墨烯膜。

進一步地，所述金納米棒通過靜電自組裝方法固定在氧化石墨烯膜的表面。

進一步地，所述的單模側邊拋磨光纖，拋磨面長度為0.5～2cm。

進一步地，所述金膜厚度為50nm時，傳感器靈敏度最高。

進一步地，所述氧化石墨烯膜的厚度為0.5nm時，傳感器靈敏度最高。

進一步地，所述的金納米棒的直徑為20～40nm，長徑比為2.5～10。

由上述高靈敏度光纖SPR生物傳感器形成的傳感系統，其特征在于，包括以多模光纖為光路的基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器，其輸入端連接光譜為可見光波段的寬帶光源，其輸出端連接寬帶光譜儀，寬帶光譜儀通過數據接口連接到外部計算機，基于氧化石墨烯和金納米棒增敏的光纖SPR傳感器置于待檢測的生物分子溶液中。