[發明專利]一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器

在審

• 申請號: 202210506090.6
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114942237A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 楊宏艷;劉洋;劉孟銀
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器，如圖1所示，包括PCF傳感器本體，其特征在于：所述光子晶體光纖(PCF)傳感器本體由D型光子晶體光纖(1)，空氣孔(2)，金薄膜(3)，石墨烯層(4)，MoS₂層(5)和待測介質(6)組成；通過側邊拋磨技術在PCF包層區域拋磨一定深度形成一個拋磨面，PCF傳感器的拋磨面在最小空氣孔的正上方，拋磨面上鍍一層金薄膜，金薄膜表面沉積5層石墨烯，在石墨烯的表面沉積3層MoS₂形成異質結，所述PCF包層區域的有三種不同尺寸的空氣孔，最大空氣孔直徑D₃＝4.8μm，第二大孔直徑D₂＝2.7μm，最小孔直徑d＝0.6μm，孔間距Λ＝6μm，包層圓弧曲面的半徑R＝20.5μm，所述PCF傳感器的拋磨面到纖芯的距離H＝12μm，金薄膜的厚度為t_g，石墨烯的厚度為0.34nm×L_G，MoS₂的厚度為0.65nm×L_MoS2。

2.根據權利要求1所述的一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器，其特征在于：PCF的包層區域拋磨一定的深度H形成所述D型PCF，拋磨面在最小空氣孔的正上方，拋磨面鍍上金膜，用來激發SPR，從而實現其傳感特性，金膜的最優厚度t_g＝40nm。

3.根據權利要求1所述的一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器，其特征在于：光子晶體光纖的包層區域有5層空氣孔排列組成，空氣孔有著三種不同的尺寸，其中三個最大的空氣孔的設置，一是利用光纖結構不對稱產生雙折射效應，其次是為了調節纖芯的有效折射率，使能量更加集中在纖芯，最小的兩個空氣孔的設置則是為了增加y偏振方向上的泄漏，進而提高傳感的性能。三種空氣孔直徑分別為D₃＝4.8μm，D₂＝2.7μm，d＝0.6μm，孔間距Λ＝6μm。

4.根據權利要求1所述的一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器，其特征在于：為了增強金膜表面對分子的吸附，在金膜表面沉積石墨烯，厚度為0.34nm×L_G，層數L_G＝5。與不加石墨烯相比，該傳感器在沉積5層石墨烯之后，RI在1.36-1.42范圍內，平均靈敏度提高了13.42％，最大靈敏度提高了17.76％。

5.根據權利要求1所述的一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器，其特征在于：為了增強SPR，進一步提高傳感器靈敏度，在石墨烯的表面涂覆MoS₂形成異質結，MoS₂厚度為0.65nm×L_MoS2，層數L_MoS2＝3。與只涂覆金膜相比，涂覆之后，RI在1.36-1.42范圍內，平均靈敏度提高了31.46％，而最大靈敏度提高了43.42％。

6.根據權利要求1所述的一種基于二維材料異質結的D型PCF生物傳感器，其特征在于：拋磨面在最小空氣孔的正上方，離纖芯最近，該設計是為了更好地增強傳感層的SPR效應，根據該傳感器對生物分子濃度對應的折射率范圍在1.36-1.42之間的細微變化極其敏感的特性，當金屬膜表面的生物分子的折射率改變時，會導致共振吸收峰的位置發生改變，通過測量共振吸收峰對應位置波長的變化量來計算生物分子對應折射率的變化，進而計算出生物分子濃度的變化。