专利名称：一种高灵敏度混合型表面等离子体检测传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用混合金属结构制作新型表面等离子体传感器的方法。
背景技术：
生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起，处在生命科学和信息科学的交叉区域。它们 的共同特征是探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本 规律，探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是广泛地应用 各种生物活性材料与传感器结合，研究和开发具有识别功能的换能器，并成为制造新型的 分析仪器和分析方法的原创技术，研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性 材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合 物。生物传感器研究起源于20世纪的60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化 酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起，首先制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极。 到80年代生物传感器研究领域已基本形成。此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴 旺起来，从用一种或多种酶作为分子识别元件的传感器，逐渐发展设计出用其他的生物分 子作识别元件的传感器，例如酶_底物、酶-辅酶、抗原_抗体、激素_受体、DNA双螺旋拆 分的分子等，把它们的一方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另一方。除了 生物大分子以外，还可以用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能 的元件来作识别元件。甚至可以用人工合成的受体分子与传感器结合来测定微生物、细胞 和相关的生物分子。目前生物传感器的研究主要包括核酸传感器和DNA芯片、免疫传感器、酶传感器、 组织和全细胞传感器、用于生物传感器的天然与合成受体、新的信号转导技术、系统整合/ 蛋白质组学/单细胞分析、生物电化学/生物燃料/微分析系统、商业发展和市场。其中， 单分子/细胞分析和生物印迹生物传感器由于它们良好的发展态势及在生命科学研究中 的重要位置成为研究的热点问题。利用局域表面等离子模共振技术(LSPR)进行生物特异性相互作用分析(BIA)的 生物传感器也成为一类重要的新型生物传感器，它具有方便快捷、灵敏度高、应用范围广、 实时监控等多项特点。LSI^R生物传感器以其无法比拟的优点，深受研究人员的青睐，并走在 了传感器研究的前沿，被认为是最有潜力的一类生物传感器，利用这种新型研究手段对于 生命科学的基础研究、医学诊断以及治疗等方面有着十分重要的意义。目前研究的LSra生物传感器，其金属纳米结构是呈六边形分布的三角形金属纳 米粒子，其对金属周围介质的折射率敏感，而且已经做到很高的水平。但是存在激发局域表 面等离子体共振的微纳结构单一，结合面积小等问题，使得探测效率和灵敏度降低。

发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种高灵敏度混合型表面等 离子体检测传感器的制作方法，可以大大提高纳米传感器的检测灵敏度。本发明解决的技术问题一种高灵敏度混合型表面等离子体检测传感器的制作方 法(灵敏度范围2X IO-5RIU 5X I(T6RIU),步骤如下(1)根据入射波长的需要选择基底材料，并对基底材料进行清洗、干燥；(2)将清洗干净的基底材料放入镀膜机中蒸镀或磁空溅射一层厚度为30 40nm 的金膜，然后用氮气进行干燥； (3)在基底金膜上均勻的组装一层纳米球并进行干燥；(4)待组装后的纳米球干燥后，在组装后的纳米球和基底金膜上蒸镀一层厚度为 10 20nm的金属，然后用氮气进行干燥；在基底金膜上蒸镀金属后不仅纳米球顶部存在金 属阵列结构，而且基底金膜上也存在呈六角形分布的金属阵列结构，两种金属结构组成的 混合金属结构形状不同，周期相同；(5)采用超声波振荡器去除组装上的纳米球；基底金膜上存在呈六边形分布的三 角形金属阵列结构；(6)根据基底金膜和纳米球的折射率的特点选择具有折射率的无机胶旋涂在金属 表面，无机胶的厚度为5-lOnm，然后干燥，即完成了所述传感器的制作。所述步骤(1)中的选择的基底材料为可见光材料玻璃、或石英；或红外材料锗、或娃。所述步骤(3)中纳米球为不同直径的聚苯乙烯或其他塑料球。所述步骤(4)中蒸镀的金属材料为银、金或铝。本发明与现有技术相比具有的有益效果是利用混合金属结构激发表面等离子 体的方法检测不同折射率的介质，与现有结构相比，本发明结构的金膜产生表面等离子体 (SPR)和金属纳米粒子产生的局域表面等离子体(LSPR)波互相影响，使透过能量更加均 勻；而且这种微纳结构可以用作生物样品的基底，使生物或检测气体的分子更易结合上去， 结合到微结构上的生物分子数量增多，原来LSra的灵敏度范围2 X IO-3RIU 8 X IO-4RIU RIU,采用本发明后灵敏度范围1. 7X IO-5RIU 5X 10_6RIU，提高了大约100倍，从而大大提 高纳米传感器的灵敏度


图1为本发明中在基底上排列纳米球后的示意图；图2为本发明中蒸镀金属时的示意图；图3为本发明中蒸镀金属后的剖面图；图4为本发明中去除纳米球后的剖面图；图5为本发明中去除纳米球后的俯视图；图6为发明中旋涂不同折射率胶后的剖面图。图中1、基底，2、金膜，3纳米球，4、基底上蒸镀时的金属源，5、蒸镀在基底上的金 属，6、旋涂一层胶。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
及附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不 仅限于下列实施例，应包括权利要求书中的全部内容。而且本领域技术人员从以下的一个 实施例即可实现权利要求中的全部内容。本发明实施例的具体过程如下(1)根据透射波长的需要选择基底材料，可以为可见光材料玻璃、石英，红外材料锗、硅，并对基底用浓硫酸和氨水进行清洗，然后用氮气进行干燥。如果制作过程中所用的纳米球的直径大小可以与可见光波长大小相比拟，则透射波长在可见光范围内，基底材料可以选玻璃、石英等。如果纳米球的直径大小可以与红外光 的波长大小相比拟，则基底材料可以选锗、硅等。(2)将清洗干净的基底放置于真空镀膜机内，蒸镀一层30 40nm厚的金膜，然后 用氮气进行干燥；然后滴加纳米球溶液，在空气中进行干燥，使其形成一层均勻的纳米球， 组装后的剖面如图1。(3)待组装后的纳米球干燥后，将基底金膜放在真空镀膜机中，垂直蒸镀一层 10 20nm的金属，金属可以为银、金、或铝等；蒸镀金属后不仅纳米球顶部存在金属阵列结 构，而且基底金膜上也存在呈六角形分布的金属阵列结构，两种金属结构组成的混合金属 结构形状不同，周期相同，然后用氮气进行干燥，蒸镀后的剖面如图3。(4)采用超声波振荡器去除组装上的纳米球，基底金膜上存在呈六边形分布的三 角形金属阵列结构，然后用氮气进行干燥；去除组装上的纳米球后的剖面图4，俯视图5。(5)根据基底和纳米球的折射率的特点选择不同折射率的胶旋涂在金属表面，涂 胶后的剖面如图6，然后用氮气进行干燥，这就完成了传感器的制作。涂胶是为了改变混合 金属周围介质的折射率的大小，其材料为根据实验需要配置的一定折射率的无机胶，所选 无机胶为二氧化硅溶胶，折射率为1. 5，其厚度为5 IOnm左右。
权利要求
一种高灵敏度混合型表面等离子体检测传感器的制作方法，其特征在于步骤如下(1)根据入射波长的需要选择基底材料，并对基底材料进行清洗、干燥；(2)将清洗干净的基底材料放入镀膜机中蒸镀或磁空溅射一层厚度为30～40nm的金膜，然后用氮气进行干燥；(3)在基底金膜上均匀的组装一层纳米球并进行干燥；(4)待组装后的纳米球干燥后，在组装后的纳米球和基底金膜上蒸镀一层厚度为10～20nm的金属，然后用氮气进行干燥；在基底金膜上蒸镀金属后不仅纳米球顶部存在金属阵列结构，而且基底金膜上也存在呈六角形分布的金属阵列结构，两种金属结构组成的混合金属结构形状不同，周期相同；(5)采用超声波振荡器去除组装上的纳米球，基底金膜上存在呈六边形分布的三角形金属阵列结构；(6)根据基底金膜和纳米球的折射率的特点选择具有折射率的无机胶旋涂在金属表面，无机胶的厚度为5-10nm，然后干燥，即完成了所述传感器的制作。
2.根据权利要求1所述一种局域表面等离子体生化传感器的制作方法，其特征在于 所述步骤(1)中的选择的基底材料为可见光材料玻璃、或石英；或红外材料锗、或硅。
3.根据权利要求1所述一种高灵敏度混合表面等离子体传感器的制作方法，其特征在 于所述步骤(3)中纳米球为不同直径的聚苯乙烯或其他塑料球。
4.根据权利要求1所述一种高灵敏度混合表面等离子体传感器的制作方法，其特征在 于所述步骤(4)中蒸镀的金属材料为银、金或铝。
全文摘要
一种高灵敏度混合型表面等离子体传感器的制作方法，步骤如下(1)根据入射光源波长的需要选择基底材料，并对基底进行清洗、干燥；(2)将清洗干净的基底玻片放入镀膜机中蒸镀或磁空溅射一层金膜，然后用氮气进行干燥；(3)在金膜层上均匀地组装一层纳米球；(4)待组装后的纳米球干燥后，在组装后的球和金膜上蒸镀一层金属膜，然后用氮气进行干燥；(5)采用超声波振荡器去除组装上的纳米球；(6)根据基底上金膜和纳米球的折射率的特点选择不同折射率的胶旋涂在金属表面，然后干燥，这就完成了传感器的制作。本发明使检测分子更易结合上去，从而提高光学检测传感器的灵敏度和检测种类。
文档编号G01N21/41GK101806732SQ201010144578
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者史立芳, 尹韶云, 杜春雷, 金凤泽 申请人:中国科学院光电技术研究所