[发明专利]一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用。所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；纳米柱的表面涂覆还有SiO₂/TiO₂复合涂层。本发明的传感器灵敏度和准确度高，使用寿命长，在生化检测领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及传感器材料技术领域，具体涉及一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用。

背景技术

随着纳米加工技术的快速发展，金属纳米颗粒或者纳米阵列结构局域表面等离子谐振技术，得到了广泛关注。入射光与金属纳米颗粒或者纳米阵列结构表面自由电荷密度振荡耦合，产生局域表面等离子谐振，出现很强的谐振吸收光谱。谐振吸收波长与纳米颗粒或者纳米阵列结构的结构、形状、尺寸、分布及周围环境的介电系数有关。

局域表面等离子谐振传感器可以分为反射型和透射型，其中透射型局域表面等离子谐振传感器需要采用透明材料作为衬底。聚碳酸酯因其具有突出的透明性，可以作为透射型局域表面等离子谐振传感器的衬底材料，但聚碳酸酯材料的耐溶剂性能比较差，在溶剂作用下容易产生应力松弛和裂纹开裂；此外，聚碳酸酯材料的耐紫外老化性能较差，在紫外光的照射下反应变黄，导致透光性能下降，无法满足局域表面等离子谐振传感器的检测应用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种局域表面等离子谐振传感器，所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；纳米柱的表面涂覆还有SiO₂/TiO₂复合涂层。

本发明的传感器的纳米柱阵列激发局域表面等离子体共振，采用两端大中间小的结构设计，具有比较高的品质因数，且通过在纳米柱的表面涂覆SiO₂/TiO₂复合涂层，该复合涂层的具有良好的附着力，其中SiO₂涂层有助于改善涂层的均一性，提高TiO₂涂层与聚碳酸酯材料的结合，进一步促进TiO₂颗粒的生长，防止TiO₂光催化降解；TiO₂涂层能够吸收、反射、散射紫外光，阻止聚碳酸酯在紫外光的作用下降解生成有色基团，提高聚碳酸酯材料的耐紫外老化性能。同时该SiO₂/TiO₂复合涂层具有较高的透光性，且对溶剂也具有一定的阻隔作用，防止溶剂渗入聚碳酸酯材料内部，能够有效延长该传感器的使用寿命。

优选地，所述纳米柱的横截面均为正六边形。实验结果表明，与其它形状相比，将本发明的纳米柱的横截面设计为正六边形，激发局域表面等离子体共振，有利于有效消除环境因素对生化检测的影响，有助于提高检测的准确度和精度。

优选地，所述纳米柱阵列为四方晶格、三角晶格或六角晶格周期排列。

优选地，所述银膜的厚度均为15～20nm。

优选地，所述纳米柱的彼此间距为20～1000nm。

本发明还提供了上述的局域表面等离子谐振传感器的制备方法，包括以下步骤：