[发明专利]一种表面等离子体共振传感器

说明书

本发明公开了一种表面等离子体共振传感器，包括耦合棱镜、空气填充层、高折射率介质层、金属薄膜层和单层石墨烯；所述空气填充层位于耦合棱镜之上；所述高折射率介质层附在金属薄膜层的上下两侧，附于金属薄膜层下侧的高折射率介质层与空气填充层相邻；所述单层石墨烯作为生物分子识别层覆盖在位于金属薄膜层上方的高折射率介质层上与待测物接触，在角度调制的模式下检测待测物。与传统的单层金属结构的表面等离子体共振传感器相比，采用了多层介质的结构，在总厚度较小的情况下，有效地提高了传感器的灵敏度，具有较强的使用价值。

技术领域

本发明涉及生物传感器领域，具体涉及一种表面等离子体共振传感器。

背景技术

表面等离子体共振(Surface Plasma Resonance，简写为SPR)是一种光学物理现象，当光从介质入射到金属表面，金属表面的电子吸收光会产生振动，产生表面等离子体波。当表面等离子体波频率与光入射波频率一致时，两种波会发生强烈的耦合，此时入射光能量被表面等离体子波吸收，反射光的能量急剧下降，在光谱上表现为一个反射率衰减的尖峰，被称为共振峰；在反射率达到最低时光的入射角度称为共振角。

表面等离子体共振对金属以及金属附近介质的折射率、厚度、等参数变化较为敏感，这些参数的改变同时会引发共振角度的变化，通过共振角的变化可以获得待测物的相关性质。

与普通的分子相互作用检测技术相比，表面等离子体传感器具有检测方便、灵敏度高、能实时检测等优点，SPR对诸如等离子体探测器、生物传感、等离子体增强太阳能电池、光学双稳定性等实际应用具有广阔的前景。但在化学分析与生物分析中，相关表面等离子体传感器的检测灵敏度不能满足对细微变化和微量成份的检测要求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高灵敏度的表面等离子体共振传感器。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是，一种表面等离子体共振传感器，包括耦合棱镜、高折射率的介质层、金属薄膜层和石墨烯层；所述耦合棱镜与所述介质层之间为空气填充层；所述介质层位于所述金属薄膜层的上下两侧，位于所述金属薄膜层下侧的介质层与所述空气填充层相邻；所述石墨烯层位于所述金属薄膜层上侧的介质层的上方。

优选地，所述空气填充层的厚度为10～50nm，所述空气填充层与耦合棱镜之间设有垫圈；所述金属薄膜层与其下方的介质层之间设置垫圈。

优选地，所述金属薄膜层的厚度为5～100nm，所述介质层的层数为1～10层。

优选地，所述耦合棱镜采用BK7玻璃的半球形棱镜，所述耦合棱镜的折射率必须大于等于待测物的折射率。

优选地，所述介质层为二硫化钨(WS2)高折射率的介质层，激发金属薄膜层表面的等离子体波，所述金属薄膜层为铝薄膜层。

与相关技术相比，本发明实施例的有益效果是，采用了高折射率介质层和金属薄膜层的混合结构，在所述金属薄膜层的上下两侧均设置所述高折射率的介质层，不仅有助于在金属表面激发出表面等离子体共振，还能保护金属薄膜不被氧化，采用石墨烯层作为生物分子识别层覆盖在位于金属薄膜层上方的高折射率的介质层上与待测物接触，通过耦合棱镜调节入射角度；在保持传感器总厚度较小的情况下，有效地提高SPR传感器的灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是本发明实施例的反射率随入射角度变化的曲线示意图；

图3是本发明实施例的反射率随折射率变化的曲线示意图；

图4是本发明实施例的传感器灵敏度随介质层层数变化的曲线示意图。

其中：耦合棱镜10、空气填充层20、下介质层30、金属薄膜层40、上介质层50、石墨烯层60、待测物70。