[发明专利]一种对铜离子特异性检测的棱镜SPR重金属离子传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种对铜离子特异性检测的棱镜SPR重金属离子传感器及其制备方法。本发明提供了一种棱镜SPR重金属离子传感器用芯片，在所述芯片的载体基片表面与其金属膜之间增覆磁性TiO₂膜；所述金属膜的另一表面增覆有磁性聚苯胺纳米粒子‑壳聚糖膜。同时还提供了含有该芯片的对铜离子特异性检测的棱镜SPR重金属离子传感器，通过在磁性聚苯胺纳米粒子‑壳聚糖膜表面经化学修饰后含有巯基，巯基与铜离子形成配合物，可对铜离子产生有效的选择性特异性吸附，从而能够高灵敏地从多种离子存在的溶液中识别出痕量铜离子，拓宽棱镜SPR传感器在铜离子特异性痕量检测中的应用，具有强大的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及物理光学、棱镜的表面等离子共振(SPR)技术、高分子材料、薄膜材料制备的交叉技术领域。具体地，涉及一种对铜离子特异性检测的棱镜SPR重金属离子传感器及其制备方法。

背景技术

随着我国社会的快速发展，时常有水和土壤受到重金属污染的现象。重金属很难降解，通过饮用水或食物链被人体吸收后，日积月累，重金属离子不断的沉积和富集于人体内，最终危及人们的健康。铜是其中一种重金属，参与体内的重要代谢和生理过程，是人体必不可少的微量元素，机体内铜的缺乏或对铜的过量摄取都将导致诸如肝功能衰竭、头痛、溶血性贫血、胃病、Wilson氏病、Menke氏病等病症。为了人们的健康生活，铜离子的痕量检测显得尤为重要，开展铜离子的高灵敏度、特异性检测方法及传感机理研究具有重要意义。

重金属铜离子含量的检测方法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法、质谱法、酶抑制法和电化学分析检测法等。这些传统的仪器分析测试方法有各自的优点，但是检测繁琐，缺点不少，一直困扰目前重金属铜离子的检测。

SPR传感技术属于光学检测方法，最早由Wood等人于上世纪初提出，并在上世纪80年代首次被运用于气体和生物传感领域，与传统的检测方法相比具有免标记、灵敏度高、快速响应、实时监测等优点。棱镜型SPR的典型模型是一个全反射棱镜，全反射表面镀有一层或多层金属膜，当光信号在全反射面的入射角大于临界角时，光信号发生全反射，在此条件下，光信号的p偏振光在棱镜全反射面与金属膜的分界面向金属膜介质传输光信号，该光信号即为倏逝波，其振幅呈指数衰减，导致金属介质中的自由电子形成表面等离子波。如果调整光信号的入射角或波长为某一数值时，表面等离子波的频率与倏逝波的波数相等，它们将发生能量耦合，产生共振，随即入射光信号的能量被吸收，发射光强相应降低，此时在反射光谱出现共振峰，对应的入射角称之为共振角。SPR传感技术分为角度调制、波长调制和强度调制等类型，凭借SPR独特的优点，SPR传感技术在各个领域受到越来越广泛的青睐，在食品安全的重金属离子和农药残留、环境监测方面具有很大的优越性。

现有棱镜SPR传感器结构繁杂多样，各有各自的特点，其共同特点均是利用金属膜(金或银膜)表面修饰一层薄膜，用于对某一种或某几种物质的高选择性有效吸附。但现有的棱镜SPR传感器存在较多不足，例如：有的检测耗时比较长，有的修饰膜不牢固、在溶液中易溶胀，有的膜层很多，制备过程过于复杂。

中国专利文献号CN102621104A，公开日2012.08.01，公开了一种基于石墨烯薄膜增敏的D型光纤传感器，该传感器包括D型光纤，在D型光纤的抛光面具有银膜层，在银膜层表面具有石墨烯薄膜层。该方法利用银膜表面沉积或生长石墨烯薄膜材料来增加该SPR传感结构的灵敏度，但是石墨烯薄膜对生物分子的固定稳定性及非特异性吸附控制都还不如金、银膜表面制备技术成熟。

中国专利文献号CN103588199A，公开(公告)日2014.02.19，公开了一种原位金属催化分解、转移石墨烯薄膜材料的制备方法，其具体步骤是：将聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)溶解在丙酮溶液中，再把PMMA溶液滴在金属衬底上，形成一层PMMA薄膜：将石英基底置于PMMA薄膜之上，放入纯度99.99％的氮气氛围的返火炉中高温返火，PMMA薄膜在金属的催化作用下分解生成石墨烯薄膜，石墨烯薄膜在高温下被蒸发转移至石英基底。但该技术每次转移只能生成一个覆盖有石墨烯的石英基底，不适合大批量生产，且需要金属催化与高温返火，成本较高。