[发明专利]一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器在审

专利信息
申请号: 202210506090.6 申请日: 2022-05-09
公开(公告)号: CN114942237A 公开(公告)日: 2022-08-26
发明(设计)人: 杨宏艳;刘洋;刘孟银 申请(专利权)人: 桂林电子科技大学
主分类号: G01N21/45 分类号: G01N21/45
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 541004 广西*** 国省代码: 广西;45
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 二维 材料 异质结 pcf 生物 传感器
【权利要求书】:

1.一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器,如图1所示,包括PCF传感器本体,其特征在于:所述光子晶体光纤(PCF)传感器本体由D型光子晶体光纤(1),空气孔(2),金薄膜(3),石墨烯层(4),MoS2层(5)和待测介质(6)组成;通过侧边抛磨技术在PCF包层区域抛磨一定深度形成一个抛磨面,PCF传感器的抛磨面在最小空气孔的正上方,抛磨面上镀一层金薄膜,金薄膜表面沉积5层石墨烯,在石墨烯的表面沉积3层MoS2形成异质结,所述PCF包层区域的有三种不同尺寸的空气孔,最大空气孔直径D3=4.8μm,第二大孔直径D2=2.7μm,最小孔直径d=0.6μm,孔间距Λ=6μm,包层圆弧曲面的半径R=20.5μm,所述PCF传感器的抛磨面到纤芯的距离H=12μm,金薄膜的厚度为tg,石墨烯的厚度为0.34nm×LG,MoS2的厚度为0.65nm×LMoS2

2.根据权利要求1所述的一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器,其特征在于:PCF的包层区域抛磨一定的深度H形成所述D型PCF,抛磨面在最小空气孔的正上方,抛磨面镀上金膜,用来激发SPR,从而实现其传感特性,金膜的最优厚度tg=40nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器,其特征在于:光子晶体光纤的包层区域有5层空气孔排列组成,空气孔有着三种不同的尺寸,其中三个最大的空气孔的设置,一是利用光纤结构不对称产生双折射效应,其次是为了调节纤芯的有效折射率,使能量更加集中在纤芯,最小的两个空气孔的设置则是为了增加y偏振方向上的泄漏,进而提高传感的性能。三种空气孔直径分别为D3=4.8μm,D2=2.7μm,d=0.6μm,孔间距Λ=6μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器,其特征在于:为了增强金膜表面对分子的吸附,在金膜表面沉积石墨烯,厚度为0.34nm×LG,层数LG=5。与不加石墨烯相比,该传感器在沉积5层石墨烯之后,RI在1.36-1.42范围内,平均灵敏度提高了13.42%,最大灵敏度提高了17.76%。

5.根据权利要求1所述的一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器,其特征在于:为了增强SPR,进一步提高传感器灵敏度,在石墨烯的表面涂覆MoS2形成异质结,MoS2厚度为0.65nm×LMoS2,层数LMoS2=3。与只涂覆金膜相比,涂覆之后,RI在1.36-1.42范围内,平均灵敏度提高了31.46%,而最大灵敏度提高了43.42%。

6.根据权利要求1所述的一种基于二维材料异质结的D型PCF生物传感器,其特征在于:抛磨面在最小空气孔的正上方,离纤芯最近,该设计是为了更好地增强传感层的SPR效应,根据该传感器对生物分子浓度对应的折射率范围在1.36-1.42之间的细微变化极其敏感的特性,当金属膜表面的生物分子的折射率改变时,会导致共振吸收峰的位置发生改变,通过测量共振吸收峰对应位置波长的变化量来计算生物分子对应折射率的变化,进而计算出生物分子浓度的变化。

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