本发明专利技术提供的是一种纳米金粒子传感器及其制备方法。多芯光纤的端面呈锥台结构，锥台表面镀有全反射膜，镀有全反射膜的光纤端面上固定有规律排布的纳米金粒子，在多芯光纤的一个纤芯中注入激发光，激发光在锥台镀膜处被反射至光纤端面处、并在光纤端面发生全内反射，产生的倏逝场激发纳米金粒子的局域表面等离子体共振效应，反射光通过与注入激发光的纤芯对称德纤芯收集，通过反射光光谱感知外界物质物理量的变化。本发明专利技术将多芯光纤、近场光镊自组装技术与纳米金粒子局域表面等离子体共振效应相结合，利用多芯光纤构成的近场光镊能够对纳米金粒子捕获，使得纳米金粒子按照捕获区域分布规律进行光学自组装规则排布,结构简单、体积更小、重复性高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种光纤传感器，本专利技术也涉及一种光纤传感器的制备方法。具体地说是。
技术介绍
纳米金粒子是指直径在1?lOOnm的金的微小颗粒，一般分散在水溶胶中。早在中世纪纳米金粒子就因其独特的光学性质而受到人们的重视，纳米金粒子会对特定波长可见光进行选择吸收呈现出丰富多彩的颜色。纳米金材料有着特异的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在电学、磁学、光学和化学性质方面具有常规材料不具备的优越性能。因此，在催化、电子材料、微器件、增强材料和传感器材料方面有着广阔的应用前景。其中纳米粒子的表面增强拉曼性质(Surface enhanced Raman scattering, SERS)、局域表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance, LSPR)方面的研究进展迅速。局域表面等离子体共振(LSPR)是当入射光入射到纳米粒子表面时所产生的一种物理光学现象。当入射光频率与金属自由电子集体振荡频率发生共振时，LSPR的共振条件对纳米颗粒周围的介电环境十分敏感，宏观表现在特定的波长范围产生强烈的吸收光谱。由于LSPR现象是由纳米粒子的光散射产生，因此LSPR不需要传统SPR (表面等离子体共振)技术那样的复杂的光路系统，可以通过简单、便携、灵敏的光纤光谱仪来实现在生物传感、分析化学、临床医学、生物检测等方面的研究。纳米金粒子难以单独发挥作用，必须借助一定的介质作为颗粒的载体。使用比较多的是采用玻璃基片作为基底，体积比较大，难以实现微小环境的检测需求。光纤具有良好的传输光的特性，而且抗辐射能力强，受外界因素影响小，采用光纤传输信号可以适应恶劣的外界环境，因而使用光纤作为基底将纳米颗粒采用化学方法组装到光纤表面后采集检测信号具有很强的实际应用价值。目前，纳米金粒子与光纤结合通常具有以下几种方式:纳米金粒子修饰在多模光纤端面、纳米金粒子修饰在光纤侧面以及纳米金粒子修饰在光子晶体光纤的空气孔中。KeitaMitsui (Applied Physics Letters, 85 (18): 4231 - 4233, 2004)等人在光纤端面上吸附上一层金纳米颗粒，采用反射式的光纤LSPR传感结构，对分子的亲和力进行实时测量，灵敏度达到常规全反射类型SPR装置的水平。Stokes和Tuan Vo-Dinh (Sensorsand Actuators B-Chemical, 69 (1-2): 28-36，2000)将氧化招纳米颗粒和银纳米颗粒附在光纤一端，实验中实时探测了 CFV(cresyl fast violet)分子和 BCB(brilliant cresylblue)分子，其中CFV分子的探测水平可以达到50ppb (lppb=l X l(T6mg/ml )。随后Viets (Journal of Ranman Spectroscopy, 31 (7):625-631, 2000)先后提出了斜端面和维形端面的光纤探针。Lin TSaojen (Journal of Supercritical Fluids, 41 (2): 317-325，2007)等人采用反射式光纤LSPR传感器，在高压环境下对液体中Ni2+浓度进行了测试后又对移植在光纤端面上的金属颗粒进行单克隆体修饰。这一类端面修饰的方法，通常需要使用多模光纤，并且由于采用直接照射的方式，一般激发效率都不高。将纳米金粒子修饰在光纤侧面需要将光纤研磨、腐蚀至纤芯或者进行拉锥处理，然后修饰上一层金属纳米颗粒，作为传感器的敏感单元与外界发生作用。2000年，NiWeihai (Journal of Physical Chemistry C, 112 (22):8105-8109, 2008)等人将金属纳米棒组装在被腐蚀的光纤侧面，利用倏逝场来激励LSPR，得到散射光谱对环境折射率的灵敏度达 200nm/RIU。Tang (Sens.Actuators B, 119 (I): 105-109，2006)等人在 2006 年把纳米金胶体涂到长周期光纤光栅表面，用来探测周围物质折射率的改变。这种传感器可以探测葡萄糖的浓度，当在纳米金上固定脱氧核糖核蛋白(DNP)时，检测精度可达0.14mg/L。2011年，Rani Dutta (Applied Optics, E138-E144, 2011)等人研究了基于腐蚀法制作的U型光纤纳米粒子传感器，由于在光纤表面增加纳米粒子的密度，观察到了其最大吸收区域的红移。这类传感器的问题是当光纤经过抛磨、化学腐蚀等方法处理后，光纤变的很脆弱，很容易断裂。光子晶体光纤的空气孔结构，在传感中是气体和液体很好的载体，已经被用来设计制作纳米金粒子传感器基底，光在空心光子晶体光纤中传输，光被局限在纤芯，分析物被填充在空气孔中，这样大大提高了光与SERS基底的作用区域。纳米金粒子修饰在光子晶体光纤的空气孔中同样存在方法复杂且难以保证一致性的问题。总的来说，纳米金粒子传感器可以通过以上几种方法来实现，但均有激发效率低、重复性不高以及方法复杂等缺点。当使用多模光纤进行端面修饰纳米金粒子时，由于光源部分采用直接照射的方式，一般激发效率都不高；把纳米金粒子修饰在光纤的侧面时，由于光纤经过抛磨、化学腐蚀等方法处理后，变得很脆弱，使这种方法制作的纳米金粒子传感器的重复性不高；纳米金粒子修饰在光子晶体光纤的空气孔中同样存在方法复杂且难以保证一致性的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、体积更小、重复性高的纳米金粒子传感器。本专利技术的目的还在于提供一种纳米金粒子传感器的制造方法。本专利技术的纳米金粒子传感器包括多芯光纤，所述多芯光纤的端面呈锥台结构，在锥台表面镀有全反射膜，镀有全反射膜的光纤端面上固定有规律排布的纳米金粒子，在多芯光纤的一个纤芯中注入激发光，激发光在锥台镀膜处被反射至光纤端面处、并在光纤端面发生全内反射，产生的倏逝场激发纳米金粒子的局域表面等离子体共振效应，反射光通过与注入激发光的纤芯对称德纤芯收集，通过反射光光谱感知外界物质物理量的变化。本专利技术的纳米金粒子传感器还可以包括:1、所述的多芯光纤的多个纤芯的分布位置关于光纤主轴中心对称，并处于同一公共包层中。2、所述的光纤端面的锥台结构是对称的圆锥台结构或者是对称的多角楔形结构。3、所述的锥台表面镀有的反射膜是金属膜、全电介质反射膜或金属电解质反射膜中的一种。本专利技术的纳米金粒子传感器的制造方法为:将纤芯位置对称的多芯光纤的端面加工成锥台形状，在锥台表面镀全反射膜，放入硅烷偶联剂APTMS和甲醇溶液中，在其表面固定功能基团，所述功能基团为氨基或琉基，放入纳米金粒子溶胶中，在多芯光纤中通入激光，激光在锥台镀膜处被反射至光纤端面处，并在光纤端面发生全内反射，产生相干的倏逝场，在倏逝场近场捕获作用下将纳米金粒子固定好，取出光纤，并用去离子水清洗去除多余的纳米金粒子溶胶，即形成纳米金粒子传感器。本专利技术的纳米金粒子传感器的制造方法还可以包括:所述的纳米金粒子溶胶中，纳米金粒子颗粒可以是球形、棒状、三角形、星状或其他形貌的纳米金颗粒。本专利技术基于如下原理:将纤芯位置对称的多芯光纤端面研磨成圆锥台结构，并在锥面上镀一层高反射率全反射膜。如图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米金粒子传感器包括多芯光纤，所述多芯光纤的端面呈锥台结构，其特征是：在锥台表面镀有全反射膜，镀有全反射膜的光纤端面上固定有规律排布的纳米金粒子，在多芯光纤的一个纤芯中注入激发光，激发光在锥台镀膜处被反射至光纤端面处、并在光纤端面发生全内反射，产生的倏逝场激发纳米金粒子的局域表面等离子体共振效应，反射光通过与注入激发光的纤芯对称德纤芯收集，通过反射光光谱感知外界物质物理量的变化。
【技术特征摘要】
1.一种纳米金粒子传感器包括多芯光纤，所述多芯光纤的端面呈锥台结构，其特征是:在锥台表面镀有全反射膜，镀有全反射膜的光纤端面上固定有规律排布的纳米金粒子，在多芯光纤的一个纤芯中注入激发光，激发光在锥台镀膜处被反射至光纤端面处、并在光纤端面发生全内反射，产生的倏逝场激发纳米金粒子的局域表面等离子体共振效应，反射光通过与注入激发光的纤芯对称德纤芯收集，通过反射光光谱感知外界物质物理量的变化。2.根据权利要求1所述的纳米金粒子传感器，其特征是:所述的多芯光纤的多个纤芯的分布位置关于光纤主轴中心对称，并处于同一公共包层中。3.根据权利要求1或2所述的纳米金粒子传感器，其特征是:所述的光纤端面的锥台结构是对称的圆锥台结构或者是对称的多角楔形结构。4.根据权利要求1或2所述的纳米金粒子传感器，其特征是:所述的锥台表面镀有的反射膜是...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志海，雷皎洁，张羽，赵恩铭，王镭，梁佩博，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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