本发明专利技术涉及一种基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器及其制备方法。所述生物传感器为表面等离子体共振生物传感器，其包括衬底、贵金属薄膜和周期性排列的多个纳米介质颗粒，所述贵金属薄膜设置于衬底上，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒设置于贵金属薄膜上；所述多个纳米介质颗粒呈二维阵列式周期性排列，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒用于提供激发表面等离子体所需的波矢匹配。本发明专利技术基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器能够克服传统生物传感器体积庞大的缺点，提供激发表面等离子体所需的波矢匹配，并且所有的制作工艺同标准的半导体工艺兼容，制作工艺简单，体积较小且易于集成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物传感器，尤其涉及。
技术介绍
表面等离子体是一种在金属和介质界面上传播的电磁波，由入射光场与金属表面电子相互作用产生。表面等离子体的共振条件对金属表面介质的折 射率微小变化非常敏感。表面等离子体共振生物传感器是表征生物分子相互作用的主要工具。表面等离子体共振生物传感器的基本原理是通过记录表面等离子体共振角或共振波长的变化，来实现对表面待测分析物折射率的检测。与其它类型的生物传感器相比，基于表面等离子体共振的生物传感器通过检测样本折射率的改变来识别样本，不需要荧光标签或者其他标签，能够对生物样品进行原位、无损且无标记的检测，因此表面等离子体生物传感器是无污染的高灵敏度生物传感器。目前基于表面等离子体的生物传感器一般采用Kretschmann棱镜结构，P偏振光经过棱镜以一定角度入射到棱镜与金属膜的界面。对于一定的入射角度和光波长，棱镜提供入射电磁波和表面等离子体之间的波矢匹配。然而,Kretschmann棱镜结构体积庞大,不易集成和携带。
技术实现思路
本专利技术针对目前基于表面等离子体的生物传感器采用的Kretschmann棱镜结构存在的上述不足，提供一种基于周期性纳米介质颗粒的表面等离子体共振生物传感器及其制备方法。 本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下一种基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器为表面等离子体共振生物传感器，其包括衬底、贵金属薄膜和周期性排列的多个纳米介质颗粒，所述贵金属薄膜设置于衬底上，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒设置于贵金属薄膜上；所述多个纳米介质颗粒呈二维阵列式周期性排列，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒用于提供激发表面等离子体所需的波矢匹配。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步,所述纳米介质颗粒的成分为电子束抗蚀剂Zep520A或PMMA。进一步，所述二维阵列式周期性排列包括多行等间距且相互平行的纳米介质颗粒列结构，每个纳米介质颗粒列结构包括多个等间距分布的纳米介质颗粒。进一步，所述纳米介质颗粒的形状为圆盘或者长方体形。进一步，所述纳米介质颗粒的直径或者边长为100纳米 600纳米，高度为100纳米 700纳米,相邻两个纳米介质颗粒之间的间距为400纳米 800纳米。进一步，所述衬底为固体材料、有机自支撑薄膜或者无机自支撑薄膜。进一步，所述固体材料为熔融石英、普通玻璃、有机玻璃或者硅，所述有机自支撑薄膜为聚酰亚胺薄膜，所述无机自支撑薄膜为碳化硅薄膜或者氮化硅薄膜。进一步，所述贵金属薄膜的材料为金、银或者铝，所述贵金属薄膜的厚度为25纳米 75纳米。本专利技术还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下一种基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器的制备方法包括以下步骤 步骤一在经过清洁处理后的衬底上利用电子束蒸发形成贵金属薄膜； 步骤二 在所述贵金属薄膜表面旋涂电子束抗蚀剂，再经热处理后进行电子束直写从而形成周期性排列的多个纳米介质颗粒。进一步,在所述贵金属薄膜上涂覆电子束抗蚀剂Zep520A或PMMA后，经过热处理固化，再利用电子束直写得到抗蚀剂周期性图形，最后经过显影、定影和热处理而得到周期 性排列的多个纳米介质颗粒。本专利技术的有益效果是本专利技术基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器能够克服传统生物传感器体积庞大的缺点，提供激发表面等离子体所需的波矢匹配，并且所有的制作工艺同标准的半导体工艺兼容，制作工艺简单，体积较小且易于集成。附图说明图I为本专利技术实施例基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器的结构示意 图2为本专利技术实施例周期性纳米介质颗粒的结构示意 图3为本专利技术实施例周期性纳米介质颗粒不同周期大小时的反射特性 图4为本专利技术实施例周期性纳米介质颗粒不同厚度大小时的反射特性 图5为本专利技术基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器制备方法的流程示意图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图I所示，所述基于周期性纳米介质颗粒表面等离子体共振的生物传感器包括衬底I、贵金属薄膜2和周期性排列的多个纳米介质颗粒3。所述贵金属薄膜2设置于衬底I上，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒3设置于贵金属薄膜2上。所述衬底I可以为熔融石英、普通玻璃、有机玻璃或者硅，也可以为有机或者无机自支撑薄膜包括聚酰亚胺薄膜、碳化硅薄膜、氮化硅薄膜等。所述贵金属薄膜的成分可以为金、银、铝等金属。所述基于周期性纳米介质颗粒表面等离子体共振的生物传感器在使用时，将待测液体4放在周期性排列的多个纳米介质颗粒3上，光源5和半反半透镜7设置于生物传感器的上方，光源5和半反半透镜7位于同一水平面上，光谱仪6设置于半反半透镜7的正上方。光源5发出的探测光垂直入射到周期性排列的多个纳米介质颗粒3上；由于多个纳米介质颗粒呈周期性分布，使得探测光垂直入射到周期性排列的多个纳米介质颗粒。测量过程为光源5发出的探测光照射到半反半透镜7上，经过7的反射垂直照到周期性排列的多个纳米介质颗粒3上面的待测液体4中，从待测液体4中反射出来的光经过半反半透镜7被光谱仪6接收，得到待测光谱结果，用该结果同没有放置待测液的光谱结果相比较，得到待测液的折射率。如图2所示，所述多个纳米介质颗粒呈二维阵列式周期性排列，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒用于提供激发表面等离子体所需的波矢匹配，所述二维阵列式周期性排列包括多行等间距且相互平行的纳米介质颗粒列结构，每个纳米介质颗粒列结构包括多个等间距分布的纳米介质颗粒，所述纳米介质颗粒的形状为圆盘或者长方体形，所述纳米介质颗粒的直径或者边长为100纳米 600纳米，高度为100纳米 700纳米，相邻两个纳米介质颗粒之间的间距为400纳米 800纳米。如图3所示，为本专利技术实施例中选取不同周期大小的周期性纳米介质颗粒的反射谱特性图。所用表面等离子体共振生物传感器结构中金膜厚度为50纳米，周期性纳米介质颗粒的厚度为200纳米，纳米介质颗粒的形状为长方体形，长方体形纳米介质颗粒的边长为300纳米，相邻两个长方体形纳米介质颗粒之间的距离P分别为550，600、650和700纳米。从图3可以看出，随周期增大，表面等离子体共振波长红移。周期纳米介质结构的这种特性使我们可以根据需要制作不同周期大小的纳米介质颗粒，满足不同波长情况下的测 量。如图4所示，为本专利技术实施例中选取不同厚度大小的周期性纳米介质颗粒的反射谱特性图。所用表面等离子体共振传感器结构中金膜厚度为50纳米，纳米介质颗粒的厚度分别为200和400纳米，介质颗粒的形状为长方体形，其边长为300纳米，周期排列，周期为600和650纳米，待测物折射率I。从图4可以看出，随着纳米介质颗粒厚度的增加，表面等离子体共振吸收峰变窄，这说明所设计结构将来在滤波器上也有可能得到应用，并且这种表面等离子体共振传感器结构对加工工艺要求较低，与传统的半导体工艺兼容。如图5所示，图5为本专利技术实施例中生物传感器的制作方法流程图 1)在清洁处理好的固体衬底上利用电子束蒸发20纳米到70纳米的贵金属薄膜； 2)在所述贵金属薄膜上涂覆一层电子束抗蚀剂Z印520A或PMMA，经过热处理固化，再利用电子束直写电子束抗蚀剂上周期孔图形，最后显影，定影，热处理得到周期性纳米介质颗粒。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器，其特征在于，所述生物传感器为表面等离子体共振生物传感器，其包括衬底、贵金属薄膜和周期性排列的多个纳米介质颗粒，所述贵金属薄膜设置于衬底上，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒设置于贵金属薄膜上；所述多个纳米介质颗粒呈二维阵列式周期性排列，所述周期性排列的多个纳米介质颗粒用于提供激发表面等离子体所需的波矢匹配。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李海亮，史丽娜，朱效立，李冬梅，谢常青，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。