一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法、由其制造的光波导、生物传感系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法，其中，通过形成化学键将所述纳米立方体装饰在所述聚合物光波导表面上。此外，还提供了根据上述方法制造的装饰有纳米立方体的光波导的应用、包含该光波导的生物传感系统及其应用。本发明专利技术的方法工序简单、制造方便、成本降低，还提高了检测精度、提高了结构稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法、由其制造的光波导、生物传感系统及应用
本专利技术涉及光学领域，特别是涉及一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法、通过该方法制造的光波导、包含该光波导的生物传感系统及其应用。
技术介绍
光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导，可应用于光电集成器件、光纤传感器或生物芯片中。现有的光波导的应用中，通常采用蚀刻、电镀等工艺在光波导表面装饰纳米立方体，这对工序控制要求非常严格，导致制造不便、成本高昂的缺陷。另外，在光波导表面布置纳米结构时需要考虑光波导和纳米结构的材料特性。现有的LSPR纳米材料通常为黄金，由于黄金本身的化学惰性，需要添加含硫的化学品进行表面活化，但含硫的化合物保存周期短，在空气中容易氧化，所以用硫化物固定黄金纳米结构并不理想。另一个方法就是利用缩锡的原理，在光波导表面自动生成纳米黄金结构。但是这个方法的先决条件就是光波导基底可以承受550至600摄氏度的高温，所以只适用于玻璃基底。而且，使用黄金纳米结构时成本高昂。因此，急需一种工序简单、制造方便、成本低的在光波导表面装饰纳米立方体的方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于：提供一种工序简单、制造方便、低成本的在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法、通过该方法制造的光波导、包含该光波导的生物传感系统及其应用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：在一个方面，本专利技术提供一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法，其中，通过形成化学键将所述纳米立方体装饰在所述聚合物光波导表面上。在优选的实施方案中，所述纳米立方体为氮化钛纳米立方体。在优选的实施方案中，所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)的聚合物，更优选为聚甲基丙烯酸甲酯聚合物。在优选的实施方案中，所述氮化钛纳米立方体通过湿化学法和紫外线固化技术固定在光波导表面上。在优选的实施方案中，所述氮化钛纳米立方体通过钛-氧化学键装饰在所述光波导表面。在优选的实施方案中，所述光波导的直径为微米量级。在优选的实施方案中，所述光波导为柱状体，优选为圆柱体。在优选的实施方案中，所述氮化钛纳米立方体的尺寸为约45纳米。在优选的实施方案中，在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法，包括：(1)预先混合纳米立方体粉末和表面活性剂化合物的溶液；(2)搅拌得到悬浮液，使得所述表面活性剂化合物通过化学键在所述纳米立方体表面生成间隔薄膜；(3)使所述纳米立方体通过间隔薄膜与所述光波导表面接触；(4)使用紫外光对聚合物光波导进行照射固化；由此将所述纳米立方体固定在所述光波导表面。在更优选的实施方案中，纳米立方体为氮化钛纳米立方体。在更优选的实施方案中，表面活性剂化合物为含端基碳氧双键官能团的烃化合物。在更优选的实施方案中，表面活性剂化合物为含12-64个碳原子、含端基碳氧双键官能团的烃化合物。在更优选的实施方案中，表面活性剂化合物为甲基丙烯酸甲酯单体、六十基2-甲基丙-2-烯酸酯或壬基十六烷基2-甲基丙-2-烯酸酯。在更优选的实施方案中，溶剂为不含碳氧双键官能团的有机溶剂。溶剂选择为不含碳氧双键官能团的有机溶剂，以避免溶剂和表面活性剂在纳米立方体表面发生竞争吸附。在更优选的实施方案中，溶剂为2-丙醇或乙醇。在另一方面，本专利技术提供一种生物传感系统，其包含根据上述的方法制造的表面装饰有纳米立方体的聚合物光波导。在另一方面，根据上述的方法制造的表面装饰有纳米立方体的聚合物光波导或包含其的生物传感系统用于流体样品检测中的用途。本专利技术的有益效果在于：1、使用氮化钛纳米材料代替金材料，显著降低了材料成本；另外，氮化钛可以减少涉及的化学物质的数量，提高了检测精度。2、通过形成化学键使纳米立方体自组装装饰在光波导表面上，不但简化了工序、方便制造而且降低了制造成本。3、通过采用特定的氮化钛纳米立方体和聚合物光波导，通过钛-氧键使氮化钛纳米立方体自组装形成在光波导表面上，通过钛氧键形成的结构吸附能较高，稳定性较强。4、PMMA、PC等聚合物作为光波导的组成材料，不但可以实现与BK7玻璃等基本相同的折射率，而且方便制造、提高了制造效率、降低了成本。综上，本专利技术的技术方案不但能够简化工序、降低制造成本还能提高检测精度、提高结构稳定性。附图说明以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例或实施方案旨在便于对本专利技术的理解，而非限制。图1示出了通过钛-氧键的吸附构型。图2示出了通过钛-甲基键的吸附构型。图3示出了通过钛-乙烯基键的吸附构型。图4示出了通过钛-甲基-氧键的吸附构型。图5示出了通过平面堆叠的吸附构型。具体实施方式根据需要，本文公开了本专利技术的详细实施方案和实施例。然而，本领域技术人员应该理解，所公开的详细实施方案和实施例仅仅是本专利技术的示例，本专利技术可以以各种适当的形式实施。因此，在此公开的具体物质、材料和步骤细节不应被解释为限制，而是作为权利要求的基础和用于教导本领域技术人员选择任何适当的物质、材料、仪器、浓度以各种方式实施本专利技术的基础。本专利技术的在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法，是制造等离激元生物芯片的核心步骤之一。下面对纳米立方体装饰在聚合物光波导表面上的方法进行示例。实施例1本实施例以氮化钛作为纳米立方体材料，以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯作为聚合物光波导材料，对纳米立方体装饰在光波导表面上的方法进行示例。(1)预先混合氮化钛纳米立方体粉末和表面活性剂六十基2-甲基丙-2-烯酸酯在2-丙醇中的溶液。其中，氮化钛纳米立方体的浓度为1μg/ml；六十基2-甲基丙-2-烯酸酯的浓度为0.01μM。(2)超声搅拌1小时得到悬浮液，使得氮化钛纳米立方体表面的钛原子与表面活性剂六十基2-甲基丙-2-烯酸酯的端基碳氧双键官能团发生反应生成钛-氧键，同时表面活性剂六十基2-甲基丙-2-烯酸酯在纳米立方体表面生成间隔薄膜。(3)将悬浮液注入到光波导阵列内，使氮化钛纳米立方体通过间隔薄膜与光波导表面接触。(4)用365nm、5W的紫外光光源对光波导进行照射固化。上述生成的间隔薄膜向内以钛-氧键包裹氮化钛纳米方体，向外以表面活性剂六十基2-甲基丙-2-烯酸酯间隔薄膜的碳氢键和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的碳氢键经紫外光照射后固化成碳碳单键。由此，氮化钛纳米方体被装饰固定在PMMA聚合物光波导表面。实施例2与实施例1唯一不同的是，实施例2所用的聚合物光波导材料是聚碳酸酯。实施例3与实施例1唯一不同的是，实施例3所用的烃化合物表面活性剂是甲基丙烯酸甲酯单体。实施例4与实施例1唯一不同的是，实施例4所用的烃化合物表面活性剂是壬基十六烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法，其特征在于，通过形成化学键将所述纳米立方体装饰在所述聚合物光波导表面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种在聚合物光波导表面装饰纳米立方体的方法，其特征在于，通过形成化学键将所述纳米立方体装饰在所述聚合物光波导表面上。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米立方体为氮化钛纳米立方体。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯的聚合物，优选为聚甲基丙烯酸甲酯聚合物。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮化钛纳米立方体通过湿化学法和紫外线固化技术固定在聚合物光波导表面上。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮化钛纳米立方体通过钛-氧化学键装饰在所述光波导表面。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)预先混合纳米立方体粉末和表面活性剂化合物的溶液；(2)搅拌得到悬浮液，使得所述表面活性剂化合物通过化学键在所述纳米立方体表面生成间隔薄膜；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兆鹏，
申请(专利权)人：科竟达生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81