[發明專利]基于水凝膠的SPR傳感芯片及傳感系統

有效

• 申請號: 202010160526.1
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111380837B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 卞殷旭;黃玲玲;沈華;朱日宏;施晶
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種基于水凝膠的SPR傳感芯片及傳感系統，該芯片包括平板玻璃片，設置在平板玻璃片上的鉻膜，設置在鉻膜表面的銀膜，設置在銀膜表面的二氧化硅，覆蓋在二氧化硅表面的明膠水凝膠，以及在明膠水凝膠和二氧化硅接觸的界面上固定有金納米顆粒，所述金納米顆粒的直徑小于200nm。本發明對SPR傳感的靈敏度進行了雙重增強，利用陣列的柱面透鏡，擴大了SPR傳感器的檢測范圍。

技術領域

本發明屬于光學生化傳感領域，具體為一種基于水凝膠的SPR傳感芯片及傳感系統。

背景技術

SPR傳感器是利用光在介質與金屬界面產生全反射時的倏逝波，引發金屬表面自由電子的集體振蕩，從而產生表面等離子體波，當入射光波長或入射角為某一適當值時，入射光沿界面的波矢分量與表面等離子波的波矢相等，二者就發生共振，此時入射光的能量被吸收，使反射光的能量急劇下降，在反射光強度譜上就會出現一個強度最低值即SPR共振峰，共振角會隨著金屬薄膜表面的介質折射率的改變而改變，而折射率的變化與結合在金屬表面的分子的質量成正比。因此通過分析共振角，就可以得到分子間相互作用的信息。目前。SPR傳感器技術的主要研究方向是SPR傳感器的小型化、高通量以及靈敏度的提高等幾個方面，而靈敏度是阻礙SPR傳感器發展的首要因素，因此，如何提高SPR傳感器的靈敏度成為目前SPR傳感技術的研究熱點之一。

目前角度型SPR傳感系統靈敏度的理論值可達到10^-6-10^-7RIU,但由于系統部件(光源、透鏡等)以及傳感芯片的加工水平的限制，實際的靈敏度很難達到10^-7RIU。并且對于角度型SPR傳感系統，由于入射光角度的限制，SPR傳感系統的檢測范圍也受到限制。已有的系統有通過設計機械部件對角度進行掃描，但此方案對機械部件的精度以及穩定性要求較高，不利于實際的應用。也有利用柱面鏡將不同角度的光束進行聚焦的方式，但單個柱面鏡聚焦光束的角度也有限。

發明內容

本發明提供了一種基于水凝膠的SPR傳感芯片。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于水凝膠的SPR傳感芯片，包括平板玻璃片，設置在平板玻璃片上的鉻膜，設置在鉻膜表面的銀膜，設置在銀膜表面的二氧化硅，覆蓋在二氧化硅表面的明膠水凝膠，以及在明膠水凝膠和二氧化硅接觸的界面上固定有金納米顆粒。

優選地，所述平板玻璃片厚度為3mm-10mm，折射率為1.52-1.53。

優選地，所述鉻膜厚度為1-5nm。

優選地，所述銀膜厚度為40-50nm。

優選地，所述二氧化硅膜厚度為50-60nm。

優選地，所述明膠水凝膠厚度小于100um。

本發明還提供了一種傳感系統，包括：

光源、準直擴束鏡、偏振片、光闌、陣列柱面鏡、耦合棱鏡、權利要求1-5任一所述的傳感芯片、陣列柱面鏡、第一成像透鏡、第二成像透鏡以及CCD/CMOS，所述光源、準直擴束鏡、偏振片、光闌、陣列柱面鏡依次設置在第一直線上，光源發出的光依次經準直擴束鏡、偏振片、光闌、陣列柱面鏡、入射到耦合棱鏡以及傳感芯片上，所述陣列柱面鏡、第一成像透鏡、第二成像透鏡以及CCD/CMOS依次設置在第二直線上，且經傳感芯片、耦合棱鏡反射的光依次經過陣列柱面鏡、第一成像透鏡、第二成像透鏡被CCD/CMOS接收。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：基于水凝膠的SPR傳感芯片對SPR傳感的靈敏度進行了雙重增強，體現在：SPR與LSPR的耦合使得電磁場增強，進而提高SPR傳感的靈敏度；另一方面通過水凝膠對折射率變化的放大，使得共振角變化增大，也提高了SPR傳感的靈敏度；基于水凝膠的SPR傳感芯片，利用陣列的柱面透鏡，擴大了SPR傳感器的檢測范圍。

附圖說明

圖1為本發明基于水凝膠的SPR芯片示意圖。