[发明专利]一种限域型表面等离子体共振传感器、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种纳米火山-圆盘复合阵列薄膜结构的限域型表面等离子体共振传感器、制备方法及其在对抗人免疫球蛋白免疫识别方面的应用。

背景技术

等离子体材料，被定义为支持表面等离子体共振的金属纳米结构，已经成为应用最广泛的化学传感器之一。相对于传统的化学传感器，表面等离子体传感器有一系列的优点，包括无需标记、可探测微小区域、可大规模多路复用、容易与微流体设备结合以及极高的灵敏度。所有这些优秀的性质催生了许多类型的基于等离子体共振的传感器。

其中具有很小间隙的纳米结构得到了极大的关注，因为其不仅可以在共振激发下产生很强的电场增强，很大的提高灵敏度，而且在光电捕捉和单分子检测上具有巨大的应用前景。然而制备纳米间隙需要很高的精准度，一些物理方法，例如电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀，成为了主要的制备方法。然而为了更好地转化为实用器件，需要开发低成本而有效率的技术来制备所需的纳米间隙。这正是本发明要解决的问题。而制备新的具有纳米间隙的等离子体材料，探索新的结构和性质之间的关系并利用这些性质制备相应的器件一直以来都是本领域的核心问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种步骤简单、低耗、具有限域检测作用的纳米火山-圆盘复合阵列薄膜结构的限域型表面等离子体共振传感器及其制备方法，其步骤如下：

1)以1000～3000rpm的转速将40～50wt％的正向光刻胶溶液旋涂到亲水基底上，然后在80～120℃条件下固化0.5～1小时，从而在亲水基底上得到200～600nm厚的光刻胶薄膜；

2)向1～5mL浓度为1～20wt％的聚苯乙烯微球的去离子水分散液中加入1～3mL的去离子水，在4000～10000rpm转速下离心3～5分钟，重复加入去离子水和离心过程4～7次；在最后离心得到的固态物中加入1～5mL体积比为1：1～3的乙醇和去离子水的混合液，在4000～10000rpm转速下离心5～10分钟，重复加入乙醇和去离子水及离心过程4～20次，得到疏水聚苯乙烯微球的乙醇和去离子水分散液；

3)用注射器吸取0.1～0.5mL上述制得的分散液，滴加到盛有去离子水的容器中，然后再加入50～200μL、浓度为1～10wt％的十二烷基磺酸钠表面活性剂，从而在基底上得到聚苯乙烯微球阵列；

4)将上述聚苯乙烯微球阵列在气压为5～10mTorr、温度为10～20℃、氧气流速为10～50sccm、功率为100～200W的条件下沿基底法线方向刻蚀100～500秒；刻蚀之后得到圆台状的光刻胶阵列和在其上尺寸减小的聚苯乙烯微球；然后在5×10^-4～1×10^-3Pa的真空度下沿基底法线方向热蒸发沉积金属银，沉积速度为从而在圆台状光刻胶阵列和尺寸减小的聚苯乙烯微球上得到厚度为50～100nm的金属银；

5)将上述样品放置在甲苯溶液中超声10～60秒，去除聚苯乙烯微球，后用氮气吹干；再放入到无水乙醇中浸泡2～3小时，使光刻胶溶解到乙醇中，达到除去光刻胶的目的，进而得到内部中空的、圆台状的纳米火山型金属银阵列薄膜；

6)将上述纳米火山型金属银阵列薄膜放入2～6mM巯基十六烷酸中10～14小时，然后将样品在5×10^-4～1×10^-3Pa的真空度下再次沿基底法线方向热蒸发沉积金属银，沉积速度为沉积厚度为20～100nm；由于薄膜阵列上下两个圆台的尺寸不相同，会使沉积在圆台底部的金属银与圆台内壁间具有一定的间隙，从而得到纳米火山-圆盘复合阵列薄膜；阵列的周期为0.5～3μm，纳米火山的高度为200～600nm，火山结构上表面的直径为200～600nm，火山结构下表面的直径为300～700nm，圆盘的高度为20～100nm，圆盘的直径为200～600nm，圆盘与火山内壁的间隙为20～50nm；从而制备得到纳米火山-圆盘复合阵列薄膜结构的限域型表面等离子体共振传感器。

将上述纳米火山-圆盘复合阵列薄膜放入20～60μg/mL人免疫球蛋白的磷酸缓冲溶液(PBS，pH＝7.4)中浸泡1～3小时，取出后用PBS冲洗；然后将样品放入100～300μg/mL牛血清蛋白的PBS溶液中浸泡20～50分钟，取出后用PBS溶液冲洗干净；最后将样品浸泡到10μg/mL的抗人免疫球蛋白的PBS溶液中20～50分钟，通过检测上述各步骤的透射光谱，从而实现对抗人免疫球蛋白的免疫识别。

其中，步骤(1)中基底为平整的玻璃片或石英片。