表面等离激元共振装置及吸水量检测系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术揭示了一种表面等离激元共振装置及吸水量检测系统，表面等离激元共振装置包括：衬底、位于衬底上的金属膜和位于金属膜上的高分子薄膜，所述高分子薄膜上设置有若干阵列分布的表面等离激元谐振腔，所述高分子薄膜在不同吸水量条件下的厚度不同。本实用新型专利技术中的表面等离激元共振装置用于检测高分子水凝胶的定向溶胀，结合表面等离激元共振(SPR)，实现了密闭湿度环境内吸水量的原位无损检测，其应用范围较传统的湿度计和湿度指示硅胶有了明显的扩展。

【技术实现步骤摘要】
表面等离激元共振装置及吸水量检测系统
本技术属于吸水量检测
，具体涉及一种表面等离激元共振装置及吸水量检测系统。
技术介绍
传统的湿度计能够比较精确的反应当前开放环境中的湿度情况，但是对于封闭或者无损检测环境的湿度测量仍存在一定的局限性，而且变化过程的再现依赖于数据存储，在实际应用中仍存在诸多不便。然而，湿度环境又是食品或者药品生产加工和运输过程中不可忽视的因素，从源头到餐桌的可追溯性成为了人们日益关注的焦点。随着吸水量的变化，不同食品和药品会体现出不同的水分活度，而水分活度又将决定食品和药品的化学反应和微生物生长。低水分活度能抑制食品和药品的化学变化，稳定食品和药品质量，因此在食品和药品包装内部，监测食品药品从源头到餐桌的吸水累计效应，将是食品和药品安全的重要依据。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种表面等离激元共振装置及吸水量检测系统。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种表面等离激元共振装置及吸水量检测系统，以满足对封闭或者无损检测环境进行吸水量测量的要求。为了实现上述目的，本技术一实施例提供的技术方案如下：一种表面等离激元共振装置，包括：衬底、位于衬底上的金属膜和位于金属膜上的高分子薄膜，所述高分子薄膜上设置有若干阵列分布的表面等离激元谐振腔，所述高分子薄膜在不同吸水量条件下的厚度不同。一实施例中，所述表面等离激元谐振腔的深度为75-200nm、直径为100-500nm，所述表面等离激元谐振腔的阵列周期为300-600nm。一实施例中，所述高分子薄膜为具有亲水基团和疏水基团的高分子薄膜，优选地，所述高分子薄膜为PEG薄膜。一实施例中，所述金属膜为金膜、银膜或铝膜，金属膜厚度不小于80nm。一实施例中，所述表面等离激元谐振腔的底部厚度为0～20nm。一种吸水量检测系统，所述系统包括：表面等离激元共振装置，所述表面等离激元共振装置为上述的表面等离激元共振装置；光谱仪，用于检测不同吸水量下因高分子薄膜厚度变化而导致表面等离激元谐振腔的SPR特征峰位的移动；数据处理单元，用于根据光谱仪检测到的SPR特征峰位获取对应的吸水量。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术中的表面等离激元共振装置用于检测高分子水凝胶的定向溶胀，结合表面等离激元共振(SPR)，实现了密闭湿度环境内吸水量的原位无损检测，其应用范围较传统的湿度计和湿度指示硅胶有了明显的扩展；本技术中的PEG基水凝胶具有食品级安全特性，可实现对食品和药品包装内的湿度环境原位无损检测；本技术中的纳米级别的水凝胶高分子结构以及SPR对光谱的增强，确保其对吸水量的高灵敏度检测；本技术中的COMSOL模拟与实际中吸水量改变高度造成的光谱响应对应，精度较高；本技术中的高分子水凝胶发生溶胀时的高度改变与其所接触的湿度环境息息相关，可追溯样品经历的湿度环境，并记录样品表面的含水量。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为本技术一实施例中表面等离激元共振装置的结构示意图；图2为本技术一实施例中水凝胶取向模型图；图3中，a为本技术一实施例中高分子条带溶胀前的表面形貌图；图3中，b为本技术一实施例中高分子条带溶胀后的表面形貌图；图3中，c为本技术一实施例中高分子条带溶胀对应的高度统计图；图3中，d为本技术一实施例中高分子条带被高纯氮吹干后的表面形貌图；图4为本技术一实施例中SPR特征峰的反射谱的实际测量结果图；图5为本技术一实施例中SPR特征峰的反射谱的仿真模拟结果图；图6为本技术一实施例中Comsol仿真模拟的结构设计图；图7为本技术一实施例中表面等离激元共振装置的表面SEM形貌图。具体实施方式以下将结合附图所示的各实施方式对本技术进行详细描述。但该等实施方式并不限制本技术，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本技术的保护范围内。参图1所示，本技术一实施例中的一种表面等离激元共振装置，包括：衬底1、位于衬底1上的金属膜2和位于金属膜2上的高分子薄膜3。其中，金属膜2为金膜、银膜或铝膜，金属膜2厚度不小于80nm，优选地，本实施例中金属膜选取金膜。本技术中高分子薄膜的材料为具有亲水基团和疏水基团的高分子材料，如PEG材料，PEG的聚合度不小于4000。在其他实施例中不限于采用PEG材料，可选用其他具有亲水基团和疏水基团的高分子材料。优选地，本实施例中的高分子薄膜3为聚氨酯-脲基聚乙二醇PUU4K-12薄膜，PUU4K-12的结构式为：高分子薄膜3上设置有若干阵列分布的表面等离激元谐振腔31，优选地，表面等离激元谐振腔31的底部厚度为0～20nm，表面等离激元谐振腔31的深度为75-200nm、直径为100-500nm，表面等离激元谐振腔31的阵列周期为300-600nm。本技术中高分子薄膜3在不同吸水量条件下的厚度不同，从而可以通过测量高分子薄膜的厚度，获取对应的吸水量。关于表面等离激元共振装置的原理具体如下：如图2所示，以PEG材料为例，调控退火温度在120摄氏度，氢键断裂，使表面等离激元谐振腔31遇水只出现垂直于衬底的定向溶胀。结晶链段PEG是沿着纳米条带的线条方向快速生长的，垂直于基底排列的是高分子水凝胶的主链。在高分子水凝胶的纳米条带的高度方向上，形成了PEG片晶-烷基链-PEG片晶的结构，PEG片晶吸水以后，因为烷基链锁住了水，于是便形成了垂直于衬底方向上的各向异性溶胀行为，从而确保高分子遇水只在垂直于衬底的z方向发生膨胀，故高分子水凝胶对吸水量检测的灵敏度大大提高。同时，通过水相原子力对条带式的阵列分布的表面等离激元谐振腔31的吸水溶胀行为进行了表征。图3中a和b为线宽为500nm的高分子条带谐振腔的表面形貌图，从AFM高度图可以看出，高分子水凝胶纳米条带的宽度为500nm，高度为110nm，加水溶胀后，高度变成了165nm，宽度变成了532nm。如图3中c所示，溶胀前后，我们发现条带宽度变化了6％，而高度变化了50％，在图3的c中由左往右依次为swollen、initial、Dry。当用高纯氮气吹干后，从图3的d中可以看到，形貌回复率达到85％左右。本实施例中表面等离激元共振装置的制备方法，包括以下步骤：提供一衬底1，衬底1为石英衬底；在衬底1表面溅射一层金属膜2；在金属膜2上旋涂一层高分子薄膜3，高分子水溶液的浓度在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面等离激元共振装置，其特征在于，包括：衬底、位于衬底上的金属膜和位于金属膜上的高分子薄膜，所述高分子薄膜上设置有若干阵列分布的表面等离激元谐振腔，所述高分子薄膜在不同吸水量条件下的厚度不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面等离激元共振装置，其特征在于，包括：衬底、位于衬底上的金属膜和位于金属膜上的高分子薄膜，所述高分子薄膜上设置有若干阵列分布的表面等离激元谐振腔，所述高分子薄膜在不同吸水量条件下的厚度不同。


2.根据权利要求1所述的表面等离激元共振装置，其特征在于，所述表面等离激元谐振腔的深度为75-200nm、直径为100-500nm，所述表面等离激元谐振腔的阵列周期为300-600nm。


3.根据权利要求1所述的表面等离激元共振装置，其特征在于，所述高分子薄膜为具有亲水基团和疏水基团的高分子薄膜。


4.根据权利要求3所述的表面等离激元共振装置，其特征在于，所述高分子薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：武清锋，翁雨燕，方亮，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32