本实用新型专利技术公开了一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器，包括一段单模光纤和分别连接于单模光纤两端的两段多模光纤，多模光纤与单模光纤的纤芯中心轴在一条直线上，单模光纤包层侧表面涂覆一层金纳米小球。与SPR光纤传感器相比，制作简单且成本低。本实用新型专利技术光纤传感效果良好，制备时间短，且具有较好的重复性和较强的抗干扰能力。
【技术实现步骤摘要】
一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器
本技术涉及光纤传感
，具体说是一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器。
技术介绍
20世纪70年代，JeanmaireDL等人在实验中通过分析绑定有机物的金属表面的拉曼散射，提出了局域表面等离子体的概念。2013年HeYuejing仿真设计了D型光纤LSPR传感器，其灵敏度理论可达20183nm/RIU。2014年，TuMH在光纤纤芯上镀制空心的金纳米颗粒，使得传感器灵敏度达到了1933nm/RIU。LSPR（LocalSurfacePlasmonResonance）技术是利用光学原理，对介质表面的微量物理变化进行检测。当入射光波长大于金属纳米粒子直径时，金属纳米粒子将吸收一部分光能量被激发，导致其自由电子偏离原子核，自由电子又受到原子核的库仑力，其作用力方向与倏逝场的作用力方向相反，因此电子又向原来的方向运动，在倏逝场和库仑力共同作用下，纳米粒子中的自由电子发生局限于其周围微小范围内的集体振荡，这种电子的集体振荡受金属纳米粒子尺寸的限制，被局域在金属纳米粒子的表面。当倏逝场频率与自由电子振荡频率相同时，纳米粒子对倏逝场产生强烈的吸收和散射，对该区域介质折射率的微小变化产生高灵敏度响应，透射光的振幅和相位会发生一定的改变。目前，基于局域表面等离子体传感技术的的研究主要在贵金属纳米结构具有广泛可调的光学及折射率传感性能，这使得贵金属纳米结构在化学、医药和生物分子的探测与传感器领域发挥着强大的作用。在申请公开号为CN110108668A的专利文献中公开了一种基于银三角板的U型光纤LSPR传感器，U型光纤结构包括两个多模光纤和一个U型的多模光纤核心，多模光纤核心的两端分别与多模光纤相连接，多模光纤核心包括U型弯曲部，U型弯曲部的表面镀有银三角板纳米粒子，银三角板纳米粒子的表面镀有氧化石墨烯。该LSPR传感器采用U型光纤结构，可以在增大传感面积的同时减少传感器探头体积，在U型弯曲部分的光纤表面镀上一层银三角板纳米粒子，由于银三角板纳米粒子有着锐利的尖端，其尖端放电的特性可以有效的提高局域电场的场强。该专利文献中将金属纳米小球附着在U型光纤侧表面，然而U型光纤制备难度较大且成本高。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器，包括一段单模光纤和分别连接于所述单模光纤两端的两段多模光纤，所述多模光纤与单模光纤的纤芯中心轴在一条直线上，所述单模光纤的包层侧表面涂覆一层金纳米小球。本技术进一步的设计方案中，上述单模光纤包层外表面的一层金纳米小球为采用聚合物层层自组装而成。本技术进一步的设计方案中，上述单模光纤的长度为10mm。本技术进一步的设计方案中，上述金纳米小球为半径为23nm的金球。本技术具有以下突出的有益效果：与现有技术相比，本技术的聚合物层层自组装金纳米粒子的LSPR光纤传感器，与SPR光纤传感器相比，采用多模-单模-多模的结构，制作简单且成本低。采用PDDA/PSS/PAH三层自组装金纳米粒子到光纤侧表面上，相较于传统SPR传感器与测量区域的接触表面积，表面是微纳颗粒的LSPR光纤传感器的接触表面积更大，并且LSPR现象仅发生在纳米粒子表面，故对小分子的检测能力更强。相较于其他组装纳米粒子的方法，采用三层聚电解质自组装的方法可以使金纳米粒子较均匀的分布在光纤侧表面，不会出现聚集现象。与采用U型光纤相比，本技术采用的多模-单模-多模光纤制备简单，成本低，操作简单且重复性良好。附图说明图1为实施例中LSPR光纤传感器结构示意图；图2为实施例中LSPR光纤传感器横向剖视图；图3为实施例中LSPR光纤传感器系统测试连接图；图4为实施例中LSPR光纤传感器在折射率为1.33时LSPR共振曲线图；图5为实施例中LSPR光纤传感器在折射率为1.35时LSPR共振曲线图；图中，1-多模光纤，2-单模光纤，3-金纳米小球，5-宽带光源，6-LSPR光纤传感器，7-光谱仪，8-计算机，9-第一多模跳线，10-测量区域，11-第二多模跳线，12-USB连接线。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步说明。参见图1，本技术中的一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器，包括一段单模光纤2和分别连接于所述单模光纤2两端的两段多模光纤1，所述多模光纤1与单模光纤2的纤芯中心轴在一条直线上，所述单模光纤2包层侧表面涂覆一层金纳米小球3。单模光纤2包层外表面的一层金纳米小球3为采用聚合物层层自组装而成。单模光纤2的长度为10mm。金纳米小球3为半径为23nm的金球。基于多模-单模-多模的LSPR传感器的制备方案步骤如下：多模-单模-多模光纤的制作方法：准备两根多模光纤1和一根单模光纤2，用剥线钳分别将多模光纤1、多模光和单模光纤2的涂覆层去除，露出裸纤。以便于熔接机进行熔接。用切割机将单模光纤2和多模光纤1的端面均切割平整，用熔接机将多模光纤1和单模光纤2的一端熔接起来。用切割刀切割单模光纤2的另一端，使单模光纤2的长度为10mm左右。用熔接机将单模光纤2的另一端和多模光纤1熔接起来。23nm金纳米粒子的制备步骤如下：23nm的金纳米粒子是通过以13nm金纳米粒子为种子，柠檬酸钠作为稳定剂，盐酸羟胺还原氯金酸得到。在洁净干燥的三颈烧瓶中，加入去离子水（91.4ml）和HAuCl4（0.01M,3.6ml），以400rpm的转速搅拌3分钟后开启加热至95℃。达到温度后，一次性注入Na3Ct·2H2O（38.8mM,5ml）。维持95℃微沸状态约15分钟后，停止加热但继续搅拌。待其冷却至室温倒入锥形瓶中保存，即制成半径为13nm的金纳米粒子，将其作为种子溶液。将合成的13nm金纳米粒子进行离心清洗，转速为10000rpm，时间15分钟。接着，在洗净的锥形瓶中，依次加入水（20ml）、稀氯金酸溶液（0.25mM,5ml）、种子溶液（3ml）、NH2OH•HCl（0.4M,0.6ml）、Na3Ct·2H2O（38.8mM,0.5ml）、稀氯金酸溶液（0.25mM,35ml）、Na3Ct·2H2O（38.8mM,1ml），其中第二次加入的30ml稀氯金酸溶液需要用5ml移液枪分5次加入，以控制金纳米小球3的半径，合成23nm的金纳米颗粒溶液。光纤表面羟基化的步骤：将多模-单模-多模光纤放进由浓硫酸和双氧水配比为7:3的Piranha溶液中，加热至150℃并维持30分钟。待完全冷却后，将多模-单模-多模光纤移入另一烧杯，倒入去离子水超声清洗3次后吹干。完成光纤表面的羟基化。将金纳米粒子层层自组装到光纤表面的步骤：将羟基化处理后的多模-单模-多模光纤分别浸入PDD本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器，其特征在于，包括一段单模光纤（2）和分别连接于所述单模光纤（2）两端的两段多模光纤（1），所述多模光纤（1）与单模光纤（2）的纤芯中心轴在一条直线上，所述单模光纤（2）包层侧表面涂覆一层金纳米小球（3）。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器，其特征在于，包括一段单模光纤（2）和分别连接于所述单模光纤（2）两端的两段多模光纤（1），所述多模光纤（1）与单模光纤（2）的纤芯中心轴在一条直线上，所述单模光纤（2）包层侧表面涂覆一层金纳米小球（3）。
2.根据权利要求1所述的基于层层自组装金纳米小球的LSPR光纤传感器，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛益娴，沈令闻，孙萌萌，胡凯，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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