[发明专利]表面等离子体共振传感器元件和包括其的传感器

说明书

技术领域

本发明广义地涉及传感器，并且更具体地涉及表面等离子体共振传感器以及其制造和使用的方法。

背景技术

在不同折射率的两种透明介质（例如，玻璃和水）之间的界面处，来自较高折射率侧的光线部分地反射并部分地折射。如果大于入射角的某一特定临界角，则没有光线折射穿过界面，并且观察到完全的内部反射。虽然入射光完全地反射，但是电磁场分量穿透短（数十纳米（nm））距离进入较低折射率的介质中，从而形成指数衰减渐逝波。如果介质之间的界面涂覆有薄层的金属（例如，金），并且光线为单色的和p偏振的（即，相对于其上入射该光线的平面偏振平行），那么，由于渐逝波和表面等离子体之间的共振能传递，反射光的强度在特定入射角大幅减少（称为表面等离子体共振（SPR））。共振条件受吸附于薄金属薄膜上的材料的影响。

表面等离子体，也称为“表面等离子体激元”，为表面电磁波，该表面电磁波在平行于金属/电介质（或金属/真空）表面的方向上传播。由于波在金属和电介质的边界上，所以这些振动对该边界的任何变化非常敏感，诸如分子对金属表面的吸附。在一个通用配置中，称为姆士奇士文（Kretschmann）配置，薄金属层设置在透明基底（例如，玻璃）上。光线透过透明基底照射薄金属层，并且渐逝波穿透该薄金属层。等离子体在薄膜薄金属层的相反侧激发。

表面等离子体共振光谱法已用作各种生物学应用中的分析技术，其中分子束缚至附接于金属层的受体。表面等离子体共振光谱法还已用于检测有机蒸汽。例如，MAKROLON M2400聚碳酸酯（得自Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,Germany)作为电介质层用于SPR中的用途已通过Kieser等人公开于Analytical Chemistry（分析化学）（2002年，第74卷，第4781-4787页）。MAKROLON聚碳酸酯在其中报告为微孔玻璃状聚合物并且具有0.1nm³的平均孔径。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种表面等离子体共振传感器元件，包括：

薄金属层；

光学构造，该光学构造设置在薄金属层上以用于引导光线至该薄金属层以及离开该薄金属层；

吸收层，该吸收层设置在与光学构造相对的薄金属层上，该吸收层包含具有内在微孔性的聚合物，所述聚合物具有至少0.4立方纳米(nm³)的平均孔体积。

在第二方面，本发明提供了一种表面等离子体共振传感器，包括：

平面偏振光的源；

根据本发明的表面等离子体共振传感器元件；

蒸汽递送室，该蒸汽递送室包括入口端口、出口端口和取样端口，其中取样端口和至少一部分的吸收层密闭地密封在一起；

检测器，该检测器用于检测对应于反射自薄金属层的最小光强度的图像，从而测量共振角。

有利地，相比于先前的SPR传感器（例如，使用MAKROLON型聚碳酸酯的那些），根据本发明的SPR传感器元件和包括它们的SPR传感器已提高了分析物蒸汽的敏感性。

在本文中：

关于吸收层的术语“吸收”和“吸附”包括吸收和吸附两者；并且

术语“单体单元”是指存在于聚合物结构中的重复基团，包括聚合物主链，并且对应于单个单体分子（无论是实际或理论）。聚合物（末端基团除外）可由一个或多个不同的单体单元组成。

考虑具体实施方式以及所附权利要求书，将进一步理解本发明的特征和优点。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性SPR传感器元件的示意性剖视图；

图2为根据本发明的一个示例性SPR传感器的示意性剖视图；

图3为实例1的多个甲苯蒸汽浓度的CCD阵列的反射光振幅相对于像素位置的曲线图；并且

图4为实施例1的CCD阵列的像素中反射光波谷位置相对于多个甲苯蒸汽浓度的曲线图。

在所有情况下，本发明以示例性而非限制性的方式提出。应当理解，本领域的技术人员可以设计出大量其它修改形式和实施例，这些修改形式和实施例也在本发明的原理的范围和精神内。附图可能并未按比例绘制。在所有附图中，相同参考标号可以用来表示相同部件。

具体实施方式