基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器制造技术

为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低的问题，本实用新型专利技术提出了一种基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器。本实用新型专利技术利用金膜表面的等离子体波和金纳米棒表面的局域表面等离子体波之间的等离激元耦合效应增强电场强度，同时氧化石墨烯能促进金膜和金纳米棒之间的电荷转移，进而增强表面等离体波和待测物质的相互作用，提高检测灵敏度；另外，氧化石墨烯具有优异的生物传感特性，具有生物相容性和大比表面积，可以更好地实现生物量和化学量的测量。本实用新型专利技术相比于普通的光纤SPR传感器具有更高的传感灵敏度与化学稳定性，能够实时监测，其结构紧凑，能够广泛应用物理、化学、生物、医疗、食品安全等领域。

【技术实现步骤摘要】
基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器
本技术涉及生物传感器
，具体涉及SPR生物传感器，尤其涉及一种基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器。
技术介绍
光纤表面等离子共振(SurfacePlasmonResonance)存在于光纤表面的金属膜和外部介质的交界面上，当光从光密介质入射到光疏介质时，会发生全反射，但仍有一部分光透过光疏介质，形成倏逝波，同时，由于金属受电磁干扰时，金属内部的电子密度分布会变得不均匀，由此会造成电子的集体震荡，并以波的形式表现，称为等离子波。当倏逝波与表面等离子波发生共振时，能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使反射光的能量急剧减少，反射光强响应曲线会产生一个波谷，此时对应的入射光波长为共振波长。光纤SPR传感器具有制作简单、成本低、易小型化和抗电磁干扰等优点，在生物和化学检测领域得到了广泛应用。表面等离子体共振(SPR)生物传感器由于其高灵敏度和生物相容性而在生物和化学检测中引起了极大的关注。根据表面等离子体波与周围生物分子之间的相互作用，会导致共振角或共振波长的漂移，由此可实现外部生物分子的检测。与基于棱镜的传统SPR生物传感器相比，光纤SPR生物传感器具有制作简单，成本低，传感结构小型化和抗电磁干扰的特性。然而，传统的SPR生物传感主要依靠金膜来实现检测，缺乏足够高的灵敏度来检测更低相对分子质量的生物分子，因此，仍然需要进一步提高传感器的灵敏度，这样有助于扩大传感器的应用范围。
技术实现思路
为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低的问题，本技术提出了一种基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，本技术利用金膜表面的等离子体波和金纳米棒表面的局域表面等离子体波之间的等离激元耦合效应增强电场强度，同时，氧化石墨烯能促进金膜和金纳米棒之间的电荷转移，进而增强表面等离体波和待测物质的相互作用，提高检测灵敏度。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，包括单模侧边抛磨光纤，在单模光纤侧边抛磨的抛磨面上，由内到外依次为40～60nm厚的金膜、0.1～1nm厚的氧化石墨烯膜和金纳米棒层。进一步地，所述的金膜表面通过共价键结合方法来固定氧化石墨烯膜。进一步地，所述金纳米棒通过静电自组装方法固定在氧化石墨烯膜的表面。进一步地，所述的单模侧边抛磨光纤，抛磨面长度为0.5～2cm。进一步地，所述金膜厚度为50nm时，传感器灵敏度最高。进一步地，所述氧化石墨烯膜的厚度为0.5nm时，传感器灵敏度最高。进一步地，所述的金纳米棒的直径为20～40nm，长径比为2.5～10。由上述高灵敏度光纤SPR生物传感器形成的传感系统，其特征在于，包括以多模光纤为光路的基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其输入端连接光谱为可见光波段的宽带光源，其输出端连接宽带光谱仪，宽带光谱仪通过数据接口连接到外部计算机，基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器置于待检测的生物分子溶液中。上述基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器的制备方法，步骤如下：(1)制备单模侧边抛磨光纤单模光纤侧边抛磨，抛磨面长度为0.5～2cm，利用电机与计算机控制抛磨砂轮转动与推进，逐渐打磨掉光纤一侧的包层，利用显微镜进行实时观测光纤的抛磨深度；进一步地，所述的制备单模侧边抛磨光纤，单模光纤侧边抛磨时，光纤两端分别于光源和光谱仪相连，可以实时监测输出光谱中光功率的损耗情况，当显微镜观测得到所需要的打磨厚度时即可停止。(2)镀金膜将单模侧边抛磨光纤放进真空离子束溅射仪中，对单模光纤侧边抛磨的抛磨面表面溅射金膜，真空离子束溅射仪的电流为5～7mA，时间为2～4分钟，金膜厚度为40～60nm；(3)固定氧化石墨烯薄膜将镀金膜的单模侧边抛磨光纤浸入0.5～2mmol/L的4-氨基苯硫酚乙醇溶液中6～24小时，以进行金膜表面胺化，4-氨基苯硫酚分子可以通过Au-S共价键与金膜连接，并且在金膜外表面形成胺基(-NH2)；用蒸馏水冲洗后，将单模侧边抛磨光纤浸入0.05～1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，将所述氧化石墨烯水溶液放进温度为30～60℃的恒温箱中，在20～60分钟后，氧化石墨烯分散液蒸发，通过物理蒸发方法实现在金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜厚度为0.1～1nm；(4)固定金纳米棒将0.5～5mg/mL的带负电荷的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶液浸泡涂覆有氧化石墨烯膜的单模侧边抛磨光纤10～30分钟，然后将长径比为2.5～10、浓度为0.05～0.1mg/mL的金纳米棒溶液浸泡光纤12～24小时，通过静电自组装的方法实现金纳米棒在氧化石墨烯膜表面的固定。本技术与现有技术相比的有益效果是：1、利用金膜、氧化石墨烯膜、金纳米棒之间的耦合效应来增强局域电场强度，使得本技术传感器具有高灵敏度和低检测限的优点；金膜表面的等离子体波和金纳米棒表面的局域表面等离子体波之间的等离激元耦合效应增强电场强度，同时，氧化石墨烯能促进金膜和金纳米棒之间的电荷转移，进而增强表面等离体波和待测物质的相互作用，提高检测灵敏度；2、氧化石墨烯具有优异的生物传感特性，具有生物相容性和大比表面积，可以更好地实现生物量和化学量的测量；本技术基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器结构相比于普通的光纤SPR传感器具有更高的传感灵敏度与化学稳定性，能够实时监测，其结构紧凑，能够广泛应用物理、化学、生物、医疗、食品安全等领域。附图说明为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本技术实施例1中基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器的结构示意图；图2为本技术基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器形成的传感系统结构示意图；图3为本技术实施例1中本技术用于测量溶液折射率的透射光谱图；图4为本技术实施例1中本技术测量结果的线性拟合曲线；图中：1、光纤纤芯，2、光纤包层，3、金膜，4、氧化石墨烯膜，5、金纳米棒，1’、宽带光源，2’、多模光纤，3’、基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，4’、光谱仪。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其特征在于，包括单模侧边抛磨光纤，在单模光纤侧边抛磨的抛磨面上，由内到外依次为40～60nm厚的金膜、0.1～1nm厚的氧化石墨烯膜和金纳米棒层。

【技术特征摘要】
2018.08.22 CN 20181096231291.基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其特征在于，包括单模侧边抛磨光纤，在单模光纤侧边抛磨的抛磨面上，由内到外依次为40～60nm厚的金膜、0.1～1nm厚的氧化石墨烯膜和金纳米棒层。2.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其特征在于，所述的金膜表面通过共价键结合方法来固定氧化石墨烯膜。3.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其特征在于，所述金纳米棒通过静电自组装方法固定在氧化石墨烯膜的表面。4.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯和金纳米棒增敏的光纤SPR传感器，其特征在于，所述的单模侧边抛磨光纤，抛磨面长度为0.5～2cm。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，王雪州，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21