[发明专利]一种基于非手性纳米结构的手性分子传感器

说明书

本发明属于纳米光学领域，具体涉及一种基于非手性纳米结构的手性分子传感器。本发明通过将纳米结构周期性地排列在透明衬底上。通过改变入射线偏振光的偏振方向与纳米结构长轴方向的夹角θ来实现对近场超手性场的调控，进而传感手性分子，工作在近红外波段。本发明采用非手性结构，可有效避免结构手性对手性分子信号的影响，在生物制药和生物医学等领域具备潜在的应用前景。并且本发明结构简单，制备方便；为亚波长结构，利于器件的小型化与集成化；采用线偏振光，光路简单，设备成本低。

技术领域

本发明属于纳米光学领域，具体涉及一种基于非手性纳米结构的手性分子传感器。

背景技术

手性物质在自然界普遍存在，例如人体中的氨基酸、糖、DNA等。在手性药物领域，不同的对映异构体往往具有相似的物理性质，但是在化学性质方面却有着极大的差异，一种手性药物分子对人体有着良好的治疗效果，但它的对映体结构的手性药物可能存在极大的危害。因此对手性药物的检测在制药领域至关重要。

由于手性药物分子的尺寸(＜10nm)远小于入射光的波长(＞100nm)，导致光与手性分子间的作用较弱。传统的光学检测方法需要采用紫外光检测手性分子溶液的圆二色性，存在设备昂贵、耗时长、检测需要样品量大等问题。纳米光学结构能够有效地将光局域在亚波长尺度，增强光与物质的相互作用。因此，将纳米光学结构应用于手性分子传感受到人们的广泛关注。目前主要的机理有三个：(1)通过纳米颗粒与手性分子自组装形成手性结构，获得较大的手性分子结构手性；(2)纳米颗粒与手性分子之间通过偶极库伦相互作用，近场耦合或远场辐射耦合来增强手性分子的光学响应；(3)通过纳米颗粒的超手性场来增强手性分子的光学响应。其中基于超手性场机理不仅能够检测出手性分子的手性符号，而且能够实现手性分子构型以及手性分子取向的检测，更具备优势。

强超手性场的形成一般需要在手性结构中才能获得。现有的手性结构为“卐”形的金属结构已经表现出了强超手性场以及传感手性分子能力。但是由于手性纳米光学结构本身的光学手性信号远大于手性分子信号，存在破坏手性分子立体化学信息的风险，难以直接获得手性分子的光学信号。如何在非手性结构中获得强的超手性场，并实现超敏感的手性分子探测一直是该领域的研究热点。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有手性分子传感器因手性结构所产生的手性信号影响手性分子检测信号的问题，本发明提供了一种基于非手性纳米结构的手性分子传感器。

一种基于非手性纳米结构的手性分子传感器，由衬底层和其上的纳米结构层组成，衬底层的平面尺寸为D×M，D＝100～500μm，M＝100～500μm，整个器件在亚波长尺寸。

所述衬底层为透明基片。

所述纳米结构层由长方体的纳米结构周期排列构成，纳米结构的材料为金属；单个纳米结构的高度为H，长度为L，宽度为W；其中L＝50～300nm，W＝30～200nm，H＝30～50nm。

所述周期是指将衬底层划分为边长为P的正方形周期单元，各周期单元以矩阵的方式排布构成整个D×M的平面尺寸，P＝200～500nm＞L；各周期单元上均居中设置一个纳米结构，且纳米结构的平面边在两个方向分别与周期单元的平面边平行，并保持周期排布后纳米结构的长轴方向一致。

进一步的，所述衬底层为二氧化硅基片。

进一步的，所述纳米结构的材料为金。

使用时，将入射线性偏振光垂直射入手性分子传感器的纳米结构层表面，然后通过改变入射线性偏振光与纳米结构长轴之间的夹角θ大小实现对左圆和右圆超手性场的调控，免去了通过不同对映体结构来获得左圆和右圆超手性场，工作在近红外波段。

本发明提供了基于非手性纳米结构的手性分子传感器，主要的特点是：结构简单，制备方便；亚波长结构，利于器件的小型化与集成化；采用线偏振光，光路简单，设备成本低；采用非手性结构，避免结构手性的干扰。