基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片及其制备方法，芯片包括图像传感器和位于所述图像传感器上的表面阵列结构；所述表面阵列结构包括基底层、位于所述基底层上的纳米孔阵列结构；所述纳米孔阵列结构包括纳米孔阵列以及依次沉积在所述纳米孔阵列上的钛纳米层和金纳米层；所述纳米孔阵列结构包括n个滤光区域，n为大于等于2的正整数。本发明专利技术的多光谱传感芯片是一种3D结构的局部表面等离子体共振(LSPR)的多光谱芯片，实现了对目标图像在多个光谱谱段上的窄带滤光的信息获取，且敏感性和精确性好。且敏感性和精确性好。且敏感性和精确性好。

【技术实现步骤摘要】
基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，具体涉及一种基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]表面等离子体共振传感芯片是一种基于金属纳米结构表面等离子体共振和表面等离激元子局域增强透射效应的干涉滤光片，即在单一平面上叠加不同尺寸和周期的纳米金属从而改变其滤光属性，进而实现对目标图像的光谱进行精细的波长选择，精确捕获目标波段的光谱曲线，从而获得有价值的光学信号。光谱芯片作为一种常用生物传感器，在食品安全检测、物质成分分析、药物筛选等科学研究领域有广泛的应用。
[0003]传统的生物传感芯片通过生物分子与芯片上纳米金属产生的相互作用将生物分子吸附到芯片上，以此达到改变纳米金属质量而改变其共振频率和幅度的目的，进而实现光谱的图谱曲线的改变来反映生物分子的相互作用。但由于其采用的是金属干涉进行滤光的，即通过改变金属层厚度来调节滤光波长的，且透光率较低，因此单一膜层厚度的芯片只能获取单一波长的光学信号，难以实现多波长图像信息的同时采集。
[0004]公开号为CN106847849A的中国专利申请文献中公开了一种基于超表面窄带滤光的多光谱芯片及其制备方法，其基于超表面窄带滤光的多光谱芯片，包括面阵图像传感器和超表面结构滤光片阵列，所述超表面结构滤光片阵列包括两层纳米膜钝化层及位于两层纳米膜钝化层之间的金属纳米孔周期阵列结构；所述超表面结构滤光片阵列位于面阵图像传感器上；所述金属纳米孔周期阵列结构包括金属介质膜层，所述金属介质膜层上具有不同尺寸的周期性纳米孔阵列。其通过在同一厚度金属介质膜层上制备不同尺寸的周期性纳米结构阵列，实现对目标图像在多光谱谱段上的窄带滤光；其适用于更精细的图谱信息采集，在图像传感器表面制备金属纳米周期性结构，实现面阵多光谱芯片，在工艺上更易于实现，并具有广泛的适用性，但是其传感器的敏感性和精确性欠佳。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能对目标图像在多个光谱谱段上的窄带滤光的信息获取、且敏感性和精确性好的传感芯片及其制备方法。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0007]一种基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，包括图像传感器和位于所述图像传感器上的表面阵列结构；所述表面阵列结构包括基底层、位于所述基底层上的纳米孔阵列结构；所述纳米孔阵列结构包括纳米孔阵列以及依次沉积在所述纳米孔阵列上的钛纳米层和金纳米层；所述纳米孔阵列结构包括n个滤光区域，n为大于等于2的正整数。
[0008]优选地，所述图像传感器为多光谱传感芯片。
[0009]优选地，所述基底层由聚对苯二甲酸乙二醇酯或二氧化硅制成。
[0010]优选地，所述钛纳米层的厚度为10
‑
15nm；所述金纳米层的厚度为70
‑
90nm。
[0011]该厚度是根据不同纳米孔结构，周期信息模拟出的产生最佳特定波长的金属层结构厚度。
[0012]优选地，所述纳米孔阵列由光学粘合剂制成。
[0013]优选地，所述纳米孔阵列的纳米孔上直径为D
T
，下直径为D
B
，且D
T
＞D
B
。
[0014]优选地，每个区域纳米孔阵列的结构参数相同，不同区域的纳米孔阵列的结构参数不同。
[0015]优选地，不同区域纳米孔阵列的周期、孔径均不同。
[0016]优选地，n为9。
[0017]优选地，多光谱传感芯片纳米孔阵列结构按照3
×
3的形式分布排列在同一传感器表面，形成多光谱芯片，而实现对大分子反应的多光谱信息获取。
[0018]本专利技术还提出一种所述的基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1、在纳米孔模具上均匀铺上光学粘合剂，并在其上部放置基底层材料，固化；
[0020]S2、将固化后的材料与纳米孔模具剥离，在形成的纳米孔阵列上依次沉积钛金属和金金属形成钛纳米层和金纳米层得到表面阵列；
[0021]S3、将多个具有不同纳米孔阵列结构的表面阵列在多光谱传感芯片上进行组合得到所述基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片。
[0022]优选地，在S1中，所述光学粘合剂为诺兰光学粘合剂NOA
‑
61；固化过程中，强度为60
‑
105mW/cm2，照射时间为3
‑
10分钟。
[0023]本专利技术的优点在于：
[0024]本专利技术提供一种基于表面等离子体共振的多光谱芯片，其为基于3D结构的局部表面等离子体共振(LSPR)的多光谱芯片；通过改变其中纳米孔阵列的排列方式和结构参数设定，将会实现对光谱信息中特定波段信号的选择接收；通过在不同结构的纳米孔阵列上沉积相同厚度金属粒子以制备不同结构的芯片，实现对目标图像在多光谱谱段上的窄带滤光；本专利技术适用于更精细的图谱信息采集，在图像传感器表面制备金属纳米周期性结构实现面阵多光谱芯片，在工艺上更易于实现，并具有广泛的适用性。
[0025]本专利技术旨在通过采用纳米孔阵列结构实现面阵多光谱芯片，获取生物分子相互作用的图像信息。通过精确调控纳米孔阵列结构的参数，可以使500
‑
750nm波段的光谱信息更全，实现高分辨率光谱滤光的目的。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1中纳米孔模具结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例1中铺上光学粘合剂的示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例1中放置基底层材料后的示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例1中与纳米孔模具剥离后材料的结构示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例1中沉积钛和金后形成的表面阵列结构的示意图；
[0031]图6为本专利技术实施例1中纳米孔阵列示意图；
[0032]图7为局域重复单元组合分布的多光谱芯片原理示意图；
[0033]图8为3
×
3非重复单元组合分布的多光谱芯片原理示意图；
[0034]图9为本专利技术对比例1的净面芯片(无纳米孔结构)400
‑
800nm透射全光谱；
[0035]图10为本专利技术对比例2单纳米孔结构芯片400
‑
800nm透射全光谱；
[0036]图11为本专利技术实施例2中九宫格芯片400
‑
800nm透射全光谱。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，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。
[0038]下述实施例中所用的试验材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，其特征在于：包括图像传感器和位于所述图像传感器上的表面阵列结构；所述表面阵列结构包括基底层、位于所述基底层上的纳米孔阵列结构；所述纳米孔阵列结构包括纳米孔阵列以及依次沉积在所述纳米孔阵列上的钛纳米层和金纳米层；所述纳米孔阵列结构包括n个滤光区域，n为大于等于2的正整数。2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，其特征在于：所述图像传感器为多光谱传感芯片。3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，其特征在于：所述基底层由聚对苯二甲酸乙二醇酯或二氧化硅制成。4.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，其特征在于：所述钛纳米层的厚度为10
‑
15nm；所述金纳米层的厚度为70
‑
90nm。5.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，其特征在于：所述纳米孔阵列由光学粘合剂制成。6.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的多光谱传感芯片，其特征在于：所述纳米孔阵列的纳米孔上直径为D
T
，下直径为D
B
，且D
T
＞D
B

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀咏，胡文君，昌明，徐辉，
申请(专利权)人：合肥市智能机器人研究院，
类型：发明
国别省市：