[發明專利]一種二維材料增敏的表面等離子體共振傳感器芯片

在審

• 申請號: 202011220730.4
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112326598A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 王書濤;劉娜;程琪;逄博
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明涉及光學傳感器芯片技術領域，尤其涉及一種二維材料增敏的表面等離子體共振傳感器芯片，包括：高折射率棱鏡、鎳膜、二維材料BlueP/WS₂、分析物；所述高折射率棱鏡、鎳膜、二維材料BlueP/WS₂、分析物由下而上依次排列形成復合結構，本發明靈敏度有了極大的提高，適用于各種結構的表面等離子體傳感器。

技術領域

本發明涉及光學傳感器芯片技術領域，尤其涉及一種二維材料增敏的表面等離子體共振傳感器芯片。

背景技術

表面等離振子共振現象是一種在金屬-電介質界面傳播的電磁波，對靠近金屬層的傳感介質的折射率的變化非常敏感。由于表面等離子體共振傳感器具有高度可控，多通道，無標記的優點，在生物科學，氣體檢測和環境監測中得到了廣泛的應用。為了有效支持表面等離子體激元的激發，采用了諸如金，銀和銅等貴金屬作為等離子體材料。金通常被認為是最合適的等離子體材料，因為金具有抗氧化性能和良好的化學穩定性。但金也具有較寬的共振峰的缺點，這會降低分析物檢測的準確性。此外，銀和銅容易被氧化，銅會形成較厚的脆性氧化層。鐵磁金屬鎳是一種分布廣泛的金屬，在工業上以多種形式被應用。另外，金屬鎳可以增強光催化活性，鎳泡沫也可以直接充當電化學傳感的傳感平臺。與其他貴金屬相比，鎳作為等離激元材料具有一些顯著的優勢，例如出色的磁光光學優點，極大地提高了傳感器的性能。

然而，傳統表面等離子體波共振傳感器在物質檢測上的應用還面臨著諸多問題。其作用主要應用于生物大分子領域，它們在檢測諸如蛋白質綁定和DNA雜交等生物相互作用時起到了很重要的作用。但是如果檢測濃度太低的小分子化合物或超低濃度的分析物，則很難被表面等離子體共振傳感器檢測出來。如果表面等離子體共振傳感器的靈敏度可以得到提高，表面等離子體共振傳感器技術可以被廣泛應用于醫藥學和早期疾病診斷。因此，為了提高傳感器的靈敏度，科研工作者們將二維材料引入到了表面等離子體共振傳感器領域。利用二維材料較大的比表面積、獨特的電學和光學特性增加對目標小分子的吸附量，從而增強表面等離子體共振傳感器的響應信號，提高其靈敏度。

發明內容

本發明目的提供一種穩定性好易于制備的薄膜結構，達到提高靈敏度的目的。

為實現上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種二維材料增敏的表面等離子體共振傳感器芯片，包括：高折射率棱鏡(1)、鎳膜(2)、二維材料BlueP/WS₂(3)、分析物(4)；高折射率棱鏡(1)、鎳膜(2)、二維材料BlueP/WS₂(3)、分析物(4)自下而上依次排列形成復合結構。

進一步的，所述二維材料BlueP/WS₂膜層(3)的厚度為0nm～3.75nm。

進一步的，所述鎳膜(2)厚度為70nm。

進一步的，所述高折射率棱鏡(1)為SF10棱鏡，所述SF10棱鏡的折射率大于等于待測物的折射率。

進一步的，所述傳感器芯片的反射率和靈敏度通過如下公式計算:

R＝|r_i,N|²

k_(i+1)x＝k_1x＝k₀n₁sinθ