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表面等离子增强荧光传感器及折射率变化测量方法技术

技术编号:19387715 阅读:27 留言:0更新日期:2018-11-10 01:36
本发明专利技术公开一种表面等离子增强荧光传感器及其测量方法,表面等离子增强荧光传感器包括激光器、偏振片、透镜、棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片、可调电压输出装置、探头和样品层;表面等离子增强荧光传感芯片依次包括玻璃基底、WCSPR器件、缓冲层和样品池;WCSPR器件包括上金属层、折射率调节介质层和下金属层;样品池设置于缓冲层的下表面处,其与缓冲层的下表面之间设有间隙;样品池中的样品层折射率为1.33。本发明专利技术通过外场调节折射率改变介质层或组合的折射率可以实现表面等离子波在缓冲层中的电场分布,从而实现检测介质层内电场分布以及局域场增强系数的调节。

Surface plasmon enhanced fluorescence sensor and refractive index change measurement method

The invention discloses a surface plasmon enhanced fluorescence sensor and its measurement method. The surface plasmon enhanced fluorescence sensor includes laser, polarizer, lens, prism, surface plasmon enhanced fluorescence sensor chip, adjustable voltage output device, probe and sample layer; the surface plasmon enhanced fluorescence sensor chip is in turn. WCSPR devices include glass substrates, WCSPR devices, buffer layers and sample pools; WCSPR devices include upper metal layer, refractive index regulating dielectric layer and lower metal layer; sample pools are located on the lower surface of buffer layer, and there is a gap between them and the lower surface of buffer layer; the refractive index of sample layer in sample pool is 1.33. The electric field distribution of surface plasma wave in the buffer layer can be realized by changing the refractive index of the dielectric layer or combination by adjusting the refractive index of the external field, thereby realizing the adjustment of the electric field distribution in the dielectric layer and the local field enhancement coefficient.

【技术实现步骤摘要】
表面等离子增强荧光传感器及折射率变化测量方法
本专利技术涉及传感器及传感器
,尤其涉及一种表面等离子增强荧光传感器及折射率变化测量方法。
技术介绍
光照射到荧光化合物分子时,光的能量使分子里某些原子核周围的一些电子从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等单线态。由于上述单线态等单线态是不稳定的,上述电子会恢复基态,并以光的形式释放能量,从而产生荧光。现有文献报道表面增强荧光的强度和上述金属薄膜-介质界面处介质一侧电场强度与金属薄膜一侧电场强度的比值,即场增强系数成正比例。从SPW穿透深度范围内的平均场增强系数角度分析,以金属薄膜上下两介质表面同时产生的SPW耦合激发的长程表面等离子共振模式比传统SPR模式高3.625倍,对应的SPEF信号峰值强度高4.4倍。上述方法的局限性体现在以下两个方面:第一,LRSPR器件结构复杂,加工材料选择范围比较窄。只有金属两侧介质折射率相近而且金属薄膜厚度接近趋肤深度的条件下才能激发LRSPR现象,因此在制备用于激发SPEF的LRSPR器件时,不但需要控制金属薄膜厚度,而且需要选择合适的缓冲层和金属薄膜另一侧介质实现折射率匹配,增加了器件制备和缓冲层材料选取的难度。第二,LRSPR器件难以实现局域场增强系数的调节。荧光化合物分子层厚度通常远小于表面等离子波传播距离,因此现有LRSPR器件中上述金属薄膜和介质层结构参数固定后,金属薄膜-介质层附近的电场分布以及局域场增强系数即为常数,难以根据不同的荧光化合物分子层厚度调节上述电场分布以及局域场增强系数获得最佳的SPEF信号放大效果。综上,有必要设计一种表面等离子增强荧光传感器来弥补上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术提出一种表面等离子增强荧光传感器,其解决了现有技术中的上述缺陷。本专利技术表面等离子增强荧光传感器相对于传统表面等离子增强荧光传感器能够调节检测介质层内电场分布以及局域场增强系数的优化。本专利技术的技术方案是这样实现的:本专利技术提出一种表面等离子增强荧光传感器,其包括激光器、偏振片、透镜、棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片、可调电压输出装置、探头和样品层;表面等离子增强荧光传感芯片依次包括玻璃基底、WCSPR器件、缓冲层和样品池;WCSPR器件包括上金属层、折射率调节介质层和下金属层;样品池设置于缓冲层的下表面处,其与缓冲层的下表面之间设有间隙;样品池中的样品层折射率为1.33。其中,表面等离子增强荧光传感芯片固定在棱镜上。其中,表面等离子增强荧光传感芯片制备在玻璃基底上。其中,折射率调节介质层采用具有电光效应的高分子材料制成。其中,其设有一转台,棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片均固定在转台上。其中,棱镜用ZF3玻璃材料制备而成;缓冲层为Cytop氟化物高分子层,由旋转涂覆形成。本专利技术还提出一种表面等离子增强荧光传感器的测量方法,其包括如下步骤:(S01)制备WCSPR器件;(S02)将步骤(S01)制备的WCSPR器件固定于ZF3玻璃为材料的棱镜上,两者之间以折射率为1.711@814nm的折射率匹配液填充;(S03)样品池底部与准直器接触,用于收集氟化钇钠单纳米粒子层发射荧光,上述所有装置固定在转台18上;(S04)将步骤(S03)收集得到的荧光信号经荧光探测装置的单模光纤传递至准直器后,经滤光片和聚焦透镜聚焦后入射光电倍增管,采集的信号经前置放大器放大后由电脑采集;(S05)在折射率调节介质层上施加不同幅度的直流电压信号,以波长为814纳米的横磁偏振光为入射光,以0.01度为步长转动转台并记录探头的反射光角度谱,计算WCSPR模式对应的入射角度后将转台转动至该角度,记录前置放大器上记录的SPEF信号,即完成荧光强度的测量。其中,步骤(S01)包括如下步骤:(S11)将ZF3玻璃基底层通过体积比为1:4的乙醇-乙醚混合液超声清洗2小时,清洁其表面后放入电子束蒸镀仪器中抽真空使气压值降至10-6毫托;(S12)以0.01nm每秒的蒸镀速率蒸镀金材料上金属层后以3500转/分的转速旋转涂覆EO-FTC,以质量分数为10%的聚碳酸酯作为折射率可调介质层,厚度为3微米;之后放入电子束蒸镀仪器中抽真空使气压值降至10-6毫托,以0.01nm每秒的蒸镀速率蒸镀金材料上金属层;(S13)采用极板极化法,在135度温度、200伏的直流电压施加于折射率调节介质层条件下,极化30分钟使折射率调节介质层具有电光效应;以3500转/分的速度旋转涂覆Cytop材料作为缓冲层,厚度为200纳米;(S14)采用物理吸附法在Cytop表面固定氟化钇钠单纳米粒子层。其中,荧光探测装置包括准直器、单模光纤、准直器后、滤光片、聚焦透镜、电脑、光电倍增管、前置放大器和玻璃基底。其中,转台的转动、探头的反射光强度采集、可调电压输出装置电压输出的控制均由电脑完成。与现有技术相比,本专利技术具有如下优点:本专利技术提出一种新型表面等离子增强荧光传感器,其通过外场调节折射率改变介质层或组合的折射率可以实现表面等离子波在缓冲层中的电场分布,从而实现检测介质层内电场分布以及局域场增强系数的调节。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术表面等离子增强荧光传感芯片的结构示意图。图2为本专利技术WCSPR结构共振角度和强度随样品层折射率变化的响应曲线示意图。图3a为LRSPR结构在共振角度下垂直各层界面方向的电场强度分布示意图。图3b为图3a中深度3000-3300nm的局部放大示意图。图4为不同电压下距离层内电场强度较棱镜内电场强度增强系数随距离的平均值变化示意图。图5为荧光探测装置的结构示意图。图6为前置放大器上记录的SPEF信号的峰值信号示意图。其中:1-激光器;2-偏振片;3-透镜;4-棱镜;5-上金属层;6-折射率调节介质层;7-下金属层;8-样品池;9-缓冲层;10-可调电压输出装置;11-探头;12-样品层;13-准直器;14-单模光纤;15-准直器后;16-滤光片;17-聚焦透镜;19-电脑;20-光电倍增管;21-前置放大器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。为了有助于和澄清随后的实施例的描述,在对本专利技术的具体实施方式进行详细说明之前,对部分术语进行解释,下列的解释应用于本说明书以及权利要求书。本专利技术中出现的SP是SurfacePlasmon的缩写,其中文意思为表面等离子;本文中出现的SPR是SurfacePlasmonResonance的缩写,其中文意思为表面等离子共振;本专利技术中出现的LRSPR是LongRangeSurfacePlasmonResonance的缩写,其中文意思为长程表面等离子共振;本专利技术中出现的LRSP是LongRangeSurfacePlamson的缩写,其中文意思为长程本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,其包括激光器、偏振片、透镜、棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片、可调电压输出装置、探头和样品层;表面等离子增强荧光传感芯片依次包括玻璃基底、WCSPR器件、缓冲层和样品池;WCSPR器件包括上金属层、折射率调节介质层和下金属层;样品池设置于缓冲层的下表面处,其与缓冲层的下表面之间设有间隙;样品池中的样品层折射率为1.33。

【技术特征摘要】
1.表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,其包括激光器、偏振片、透镜、棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片、可调电压输出装置、探头和样品层;表面等离子增强荧光传感芯片依次包括玻璃基底、WCSPR器件、缓冲层和样品池;WCSPR器件包括上金属层、折射率调节介质层和下金属层;样品池设置于缓冲层的下表面处,其与缓冲层的下表面之间设有间隙;样品池中的样品层折射率为1.33。2.如权利要求1所述的表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,表面等离子增强荧光传感芯片固定在棱镜上。3.如权利要求1所述的表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,表面等离子增强荧光传感芯片制备在玻璃基底上。4.如权利要求2或3所述的表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,折射率调节介质层采用具有电光效应的高分子材料制成。5.如权利要求4所述的表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,其设有一转台,棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片均固定在转台上。6.如权利要求5所述的表面等离子增强荧光传感器,其特征在于,缓冲层为Cytop氟化物高分子层,由旋转涂覆形成;棱镜用ZF3玻璃材料制备而成。7.一种如权利要求1-6中任一项所述的表面等离子增强荧光传感器的测量方法,其特征在于,其包括如下步骤:(S01)制备WCSPR器件;(S02)将步骤(S01)制备的WCSPR器件固定于ZF3玻璃为材料的棱镜上,两者之间以折射率为1.711@814nm的折射率匹配液填充;(S03)样品池底部与准直器接触,用于收集氟化钇钠单纳米粒子层发射荧光,上述所有装置固定在转台上;(S04)将步骤(S03)收集得到的荧光信号经荧光探测装置的单模光纤传递至准直器后,经滤光片和聚焦透镜聚焦后入射光电倍增...

【专利技术属性】
技术研发人员:汪之又朱培栋陈英黄小青
申请(专利权)人:长沙学院
类型:发明
国别省市:湖南,43

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