表面等离子体共振样品台及其制备方法技术

本发明专利技术公开了表面等离子体共振样品台及其制备方法。该表面等离子体共振样品台包括：支撑结构；形成于所述支撑结构上的金属薄膜；形成于所述金属薄膜上的金属纳米颗粒周期阵列，用于承载待测生物样品，由所述金属纳米颗粒周期阵列的布拉格散射提供激发所述待测生物样品表面等离子体所需要的波矢匹配。本发明专利技术表面等离子体共振样品台采用金属纳米颗粒周期结构激发表面等离子体，体积小，易于携带。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子行业测量
，尤其涉及一种表面等离子体共振样品台及其 制备方法。
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100纳米到300纳米内介质的折 射率微小变化非常敏感。表面等离子体共振样品台是表征生物分子相互作用的主要工具。 表面等离子体共振样品台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， 来实现对金属表面待测分析物折射率的检测。与其它类型的样品台相比，基于表面等离子 体共振的样品台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，因此表面等离子体共振样品台是无污染 的高灵敏度样品台。典型的表面等离子体共振样品台一般采用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薄膜的界面。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，采用Kretschmann棱镜结构的表面等 离子体共振样品台体积庞大，不易集成和携带。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个技术问题，本专利技术提供了一种表面等离子体共振样品台 及其制备方法，以克服样品台体积庞大的缺点。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种表面等离子体共振样品台。该样品台包括支 撑结构；形成于支撑结构上的金属薄膜；形成于金属薄膜上的金属纳米颗粒周期阵列，用 于承载待测生物样品，由金属纳米颗粒周期阵列的布拉格散射提供激发待测生物样品表面 等离子体所需要的波矢匹配。优选地，本专利技术表面等离子体共振样品台中，金属纳米颗粒周期阵列呈正方格子 排列，周期介于600纳米至800纳米之间。优选地，本专利技术表面等离子体共振样品台中，对于金属纳米颗粒周期阵列中的单 个金属纳米颗粒，其高度介于25纳米至75纳米之间；其形状为圆盘形或长方形；当其形状 为圆盘形时，圆盘直径介于300纳米至600纳米之间；当其形状为长方形时，长方形边长介 于300纳米至600纳米之间。优选地，本专利技术表面等离子体共振样品台中，金属薄膜和金属纳米颗粒周期阵列 的材料为金、银或招。优选地，本专利技术表面等离子体共振样品台中，支撑结构为自支撑薄膜、硅衬底、熔融石英衬底、普通玻璃衬底或有机玻璃衬底。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种制备表面等离子体共振样品台的方法。 该方法包括在支撑结构上形成金属薄膜；在金属薄膜上形成金属纳米颗粒周期阵列，以 承载待测生物样品，由金属纳米颗粒周期阵列的布拉格散射提供激发表面等离子体所需要 的波矢匹配。(三)有益效果本专利技术具有下列有益效果(I)本专利技术表面等离子体共振样品台采用金属纳米颗粒周期结构激发表面等离子 体，体积小，易于携带；(2)本专利技术表面等离子体共振样品台的制备方法对加工工艺要求较低，与传统的 半导体工艺兼容，易于集成。(3)本专利技术表面等离子体共振样品台中，不同周期结构的反射谱特性不同，研究人 员可以根据需要制作不同周期大小的纳米结构，满足不同波长情况下的测量。附图说明图1为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台的剖面图2为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台金属纳米颗粒周期阵列的俯视图3为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台进行测试的示意图4为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台对不同折射率的生物材料样品进 行测试的反射谱图5为本专利技术不同金盘直径的表面等离子体共振样品台的反射谱特性图6为本专利技术不同周期结构的表面等离子体共振样品台的反射谱特性图7为本专利技术实施例制备表面等离子体共振样品台方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的一个示例性实施例中，公开了一种基于金属纳米颗粒周期阵列的表面 等离子体共振样品台。图1为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台的剖面图。如图1所 示，该表面等离子体共振样品台包括支撑结构(白色区域)1、金属薄膜2和金属纳米颗粒周 期阵列3(左斜线阴影区域)组成的。待测的液态生物样品涂覆在金属纳米颗粒周期阵列 之上。本实施例中，金属薄膜和金属纳米颗粒的材料为相同或不同。优选地，金属薄膜和 金属纳米颗粒周期阵列的材料同为金、银或铝。而支撑结构可以为自支撑薄膜(包含聚酰 亚胺薄膜、碳化硅薄膜或者氮化硅薄膜)、熔融石英、普通玻璃、有机玻璃或者硅。图2为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台金属纳米颗粒周期阵列的俯视图。 如图2所示，金属纳米颗粒周期阵列呈正方格子排列，周期介于600纳米800纳米之间。对 于金属纳米颗粒周期阵列中的单个金属纳米颗粒，其高度介于25纳米至75纳米之间；其形 状为圆盘或长方体；当其形状为圆盘时，直径介于300纳米至600纳米之间；当其形状为长方体时，边长介于300纳米至600纳米之间。需要说明的是，虽然本实施例中金属纳米颗粒周期阵列呈正方格子周期排列，但其排列方式并不限于此，例如，金属纳米颗粒周期阵列也可以呈长方格子周期排列，对于长方格子来讲，其在一维的周期可以介于600纳米到800纳米之间，在另一维的周期可以介于600纳米到800纳米之间。图3为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台进行测试的示意图。如图3所示， 由光源5发出的探测光经过半反半透膜7后垂直入射到不透光金属薄膜2上；不透光金属薄膜2上分布有多个金属纳米颗粒；金属纳米颗粒呈周期分布，探测光垂直入射到金属纳米颗粒阵列上，由阵列的布拉格散射提供激发表面等离子体所需的波矢匹配，这时在某些波长会产生表面等离子共振，表面等离子共振模式与待测液体相互作用，然后反射光沿入射光路垂直出射，经过半反半透膜7，最后反射光由光探测器6接收。以下对本专利技术表面等离子体共振样品台的原理及特性进行说明。为方便起见，以下说明中，金属薄膜和金属纳米颗粒的材料均为金，且金纳米颗粒的形状均为圆盘形，简称金盘；金薄膜简称金膜。图4为本专利技术实施例表面等离子体共振样品台对不同折射率的生物材料样品进行测试的反射谱图。所用表面等离子体共振传感器结构中金膜厚度55纳米，金纳米结构厚度50纳米，金盘直径465纳米，金盘呈正方格子周期排列，周期700纳米。如图4所示，当金属表面待测分析物折射率从1. 30变化到1. 33时，表面等离子体波长从707. 03纳米红移到717. 86纳米。由此可得表面等离子体共振传感器的灵敏度为、 r λ(η^-λ(η2) 717.86-707.03mTTT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面等离子体共振样品台，其特征在于，包括：支撑结构；形成于所述支撑结构上的金属薄膜；形成于所述金属薄膜上的金属纳米颗粒周期阵列，用于承载待测生物样品，由所述金属纳米颗粒周期阵列的布拉格散射提供激发所述待测生物样品表面等离子体所需要的波矢匹配。

【技术特征摘要】
1.一种表面等离子体共振样品台，其特征在于，包括支撑结构；形成于所述支撑结构上的金属薄膜；形成于所述金属薄膜上的金属纳米颗粒周期阵列，用于承载待测生物样品，由所述金属纳米颗粒周期阵列的布拉格散射提供激发所述待测生物样品表面等离子体所需要的波矢匹配。2.根据权利要求1所述的表面等离子体共振样品台，其特征在于，所述金属纳米颗粒周期阵列呈正方格子排列，周期介于600纳米至800纳米之间。3.根据权利要求1所述的表面等离子体共振样品台，其特征在于，对于所述金属纳米颗粒周期阵列中的单个金属纳米颗粒，其高度介于25纳米至75纳米之间；其形状为圆盘形或长方形；当其形状为圆盘形时，圆盘直径介于300纳米至600纳米之间；当其形状为长方形时， 长方形边长介于300纳米至600纳米之间。4.根据权利要求1所述的表面等离子体共振样品台，所述金属薄膜和所述金属纳米颗粒周期阵列的材料为金、银或铝。5.根据权利要求1至4中任一项所述的表面等离子体共振样品台，其特征在于，所述支撑结构为自支撑薄膜、硅衬底、熔融石英衬底、普通玻璃衬底或有机玻璃衬底。6.一种制备表面等离子体共振样品台的方法，其特征在于，包括在支撑结构上形成金属薄膜；在所述金属薄膜上形成金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：史丽娜，李海亮，杜宇禅，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：