[发明专利]表面等离子增强荧光传感器及折射率变化测量方法

说明书

本发明公开一种表面等离子增强荧光传感器及其测量方法，表面等离子增强荧光传感器包括激光器、偏振片、透镜、棱镜、表面等离子增强荧光传感芯片、可调电压输出装置、探头和样品层；表面等离子增强荧光传感芯片依次包括玻璃基底、WCSPR器件、缓冲层和样品池；WCSPR器件包括上金属层、折射率调节介质层和下金属层；样品池设置于缓冲层的下表面处，其与缓冲层的下表面之间设有间隙；样品池中的样品层折射率为1.33。本发明通过外场调节折射率改变介质层或组合的折射率可以实现表面等离子波在缓冲层中的电场分布，从而实现检测介质层内电场分布以及局域场增强系数的调节。

技术领域

本发明涉及传感器及传感器技术领域，尤其涉及一种表面等离子增强荧光传感器及折射率变化测量方法。

背景技术

光照射到荧光化合物分子时，光的能量使分子里某些原子核周围的一些电子从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等单线态。由于上述单线态等单线态是不稳定的，上述电子会恢复基态，并以光的形式释放能量，从而产生荧光。

现有文献报道表面增强荧光的强度和上述金属薄膜-介质界面处介质一侧电场强度与金属薄膜一侧电场强度的比值，即场增强系数成正比例。从SPW穿透深度范围内的平均场增强系数角度分析，以金属薄膜上下两介质表面同时产生的SPW耦合激发的长程表面等离子共振模式比传统SPR模式高3.625倍，对应的SPEF信号峰值强度高4.4倍。

上述方法的局限性体现在以下两个方面：

第一，LRSPR器件结构复杂，加工材料选择范围比较窄。只有金属两侧介质折射率相近而且金属薄膜厚度接近趋肤深度的条件下才能激发LRSPR现象，因此在制备用于激发SPEF的LRSPR器件时，不但需要控制金属薄膜厚度，而且需要选择合适的缓冲层和金属薄膜另一侧介质实现折射率匹配，增加了器件制备和缓冲层材料选取的难度。

第二，LRSPR器件难以实现局域场增强系数的调节。荧光化合物分子层厚度通常远小于表面等离子波传播距离，因此现有LRSPR器件中上述金属薄膜和介质层结构参数固定后，金属薄膜-介质层附近的电场分布以及局域场增强系数即为常数，难以根据不同的荧光化合物分子层厚度调节上述电场分布以及局域场增强系数获得最佳的SPEF信号放大效果。

综上，有必要设计一种表面等离子增强荧光传感器来弥补上述缺陷。

发明内容

本发明提出一种表面等离子增强荧光传感器，其解决了现有技术中的上述缺陷。本发明表面等离子增强荧光传感器相对于传统表面等离子增强荧光传感器能够调节检测介质层内电场分布以及局域场增强系数的优化。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提出一种表面等离子增强荧光传感器的测量方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(S01)制备WCSPR器件：将ZF3玻璃基底层通过体积比为1:4的乙醇-乙醚混合液超声清洗2小时，清洁其表面后放入电子束蒸镀仪器中抽真空使气压值降至10^-6毫托；以0.01nm每秒的蒸镀速率蒸镀金材料上金属层后以3500转/分的转速旋转涂覆EO-FTC，以质量分数为10％的聚碳酸酯作为折射率可调介质层，厚度为3微米；之后放入电子束蒸镀仪器中抽真空使气压值降至10^-6毫托，以0.01nm每秒的蒸镀速率蒸镀金材料上金属层；采用极板极化法，在135度温度、200伏的直流电压施加于折射率调节介质层条件下，极化30分钟使折射率调节介质层具有电光效应；以3500转/分的速度旋转涂覆Cytop材料作为缓冲层，厚度为200纳米；采用物理吸附法在Cytop表面固定氟化钇钠单纳米粒子层；

(S02)将步骤(S01)制备的WCSPR器件固定于ZF3玻璃为材料的棱镜上，两者之间以折射率为1.711@814nm的折射率匹配液填充；

(S03)样品池底部与准直器接触，用于收集氟化钇钠单纳米粒子层发射荧光，上述所有装置固定在转台上；