本發(fā)明涉及表面等離子體共振傳感器，具體涉及一種新型超表面spr芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在分子互作領(lǐng)域，表面等離子體共振（surface?plasmon?resonance，spr）傳感器技術(shù)因其高靈敏度和實時監(jiān)測能力而受到廣泛關(guān)注。spr傳感器就是根據(jù)金屬表面偶聯(lián)的配體是否與分析物結(jié)合而產(chǎn)生不同的共振角，通過監(jiān)測共振角度的變化，可以推斷出生物分子相互作用的親和性、親合常數(shù)、結(jié)合動力學(xué)等信息，被廣泛用于研究蛋白質(zhì)相互作用、藥物-受體相互作用、疫苗開發(fā)、生物傳感、生物膜研究等。目前，spr傳感器通常采用金（au）或銀（ag）薄膜作為感測層，金屬薄膜的厚度對傳感器性能有顯著影響，金膜的最佳厚度為40?nm。然而，spr傳感器在實現(xiàn)更高靈敏度和穩(wěn)定性方面仍面臨挑戰(zhàn)，以下為spr傳感器目前存在的問題或缺點(diǎn)：（1）靈敏度限制：當(dāng)金膜厚度在45~50?nm時，spr傳感器對低濃度生物標(biāo)志物的檢測靈敏度不足；（2）材料穩(wěn)定性問題：金屬和金屬氧化物表面容易吸附有機(jī)材料，而改變界面自由能，導(dǎo)致傳感器的穩(wěn)定性和敏感性受到影響；（3）氧化敏感性：銀基spr傳感器雖然性能優(yōu)越，但對氧化和硫化的敏感性限制了其的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種新型超表面spr芯片及其制備方法，通過精確調(diào)整和控制spr芯片中金屬的種類、層數(shù)以及厚度，制備具有多層金屬的納米杯陣列超表面spr芯片，解決現(xiàn)有技術(shù)中spr傳感器靈敏度和穩(wěn)定性不足，以及氧化敏感性等問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、一種新型超表面spr芯片，包括襯底、納米杯陣列和金屬膜，所述納米杯陣列位于襯底之上，所述金屬膜蒸鍍在納米杯陣列結(jié)構(gòu)的表面；

4、所述金屬膜的層數(shù)為2~11層；

5、當(dāng)金屬膜的層數(shù)為2層時，所述金屬膜分為底層（即第一層）和覆蓋層（即最后一層）；

6、當(dāng)金屬膜的層數(shù)為3~11層時，所述金屬膜分為底層（即第一層）、夾層和覆蓋層（即最后一層）；

7、所述底層的金屬選自五氧化二鈮、五氧化二鉭、氧化鋯、二氧化鉿、鈦中的一種；

8、所述夾層的金屬選自金或銀；

9、所述覆蓋層的金屬為金。

10、優(yōu)選地，所述襯底的材料包括但不限于pet（聚對苯二甲酸乙二醇酯）材料、pp（聚丙烯類）材料、pe（聚乙烯類）材料、pvc（聚氯乙烯類）材料。

11、優(yōu)選地，所述襯底的厚度為10~1000?μm。

12、優(yōu)選地，所述納米杯陣列的周期為300~500?nm，所述單個納米杯的上直徑為150~300?nm,?下直徑為50~200?nm,?高度為200~600?nm。

13、優(yōu)選地，所述金屬膜的總厚度為10~500?nm。

14、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為2層時，所述底層、覆蓋層的金屬分別為：鈦、金。

15、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為3層時，所述底層、夾層、覆蓋層的金屬分別為：鈦、銀、金。

16、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為4層時，所述底層、夾層1、夾層2、覆蓋層的金屬分別為：鈦、金、銀、金。

17、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為4層時，所述底層的厚度為5~30?nm，所述夾層1的厚度為2~40?nm,?所述夾層2的厚度為10~90?nm，所述覆蓋,層的厚度為10~90?nm。

18、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為4層時，所述底層的厚度為9?nm，所述夾層1的厚度為15?nm,?所述夾層2的厚度為70?nm，所述覆蓋,層的厚度為25?nm。

19、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為5層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、覆蓋層的金屬分別為：鈦、銀、金、銀、金。

20、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為6層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、夾層4、覆蓋層的金屬分別為：鈦、金、銀、金、銀、金。

21、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為7層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、夾層4、夾層5、覆蓋層的金屬分別為：鈦、銀、金、銀、金、銀、金。

22、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為8層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、夾層4、夾層5、夾層6、覆蓋層的金屬分別為：鈦、金、銀、金、銀、金、銀、金。

23、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為9層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、夾層4、夾層5、夾層6、夾層7、覆蓋層的金屬分別為：鈦、銀、金、銀、金、銀、金、銀、金。

24、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為10層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、夾層4、夾層5、夾層6、夾層7、夾層8、覆蓋層的金屬分別為：鈦、金、銀、金、銀、金、銀、金、銀、金。

25、優(yōu)選地，所述金屬膜的層數(shù)為11層時，所述底層、夾層1、夾層2、夾層3、夾層4、夾層5、夾層6、夾層7、夾層8、夾層9、覆蓋層的金屬分別為：鈦、銀、金、銀、金、銀、金、銀、金、銀、金。

26、優(yōu)選地，所述金屬蒸鍍的方式為離子束蒸鍍。

27、所述新型超表面spr芯片的制備方法，包括以下步驟：

28、（1）通過激光干涉光刻和離子蝕刻，在硅片上構(gòu)建納米杯陣列結(jié)構(gòu)得到模具；

29、（2）將模具放入充滿己基硅烷的真空干燥器中放置12?h后使其獲得疏水性；

30、（3）將光學(xué)粘合劑均勻地涂在模具上，并在模具頂部放置襯底材料，于紫外線照射下進(jìn)行固化并剝離，得到位于襯底上的納米杯陣列；

31、（4）將金屬蒸鍍在納米杯陣列表面上，得到超表面spr芯片。

32、優(yōu)選地，所述光學(xué)粘合劑為norland光學(xué)粘合劑noa-61。

33、本發(fā)明基于充分利用不同金屬特性，以實現(xiàn)最佳性能的設(shè)計理念，通過精確調(diào)整和控制金屬的種類、層數(shù)以及厚度，通過離子束蒸鍍在納米杯陣列結(jié)構(gòu)的表面上順序沉積一種或多種金屬，得到具有納米杯陣列的超表面spr芯片，本發(fā)明的spr傳感器具有更高的靈敏度以及穩(wěn)定性。關(guān)于金屬膜的層數(shù)，當(dāng)金屬膜的層數(shù)大于3層時，本發(fā)明的中間夾層采用金膜和銀膜交替沉積的方式，制備所得超表面spr芯片同時具備金膜的穩(wěn)定性和銀膜的高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)；關(guān)于金屬膜的厚度，本發(fā)明將金屬膜的總厚度調(diào)整為10~500?nm，其中，當(dāng)金屬膜的層數(shù)為4時，底層金屬膜的厚度調(diào)整至5~30?nm，將中間夾層金的厚度調(diào)整至2~40nm,?將中間夾層銀的厚度調(diào)整至10~90?nm，將覆蓋金層的厚度調(diào)整至10~90?nm，通過不同金屬、不同厚度的組合，使得超表面spr芯片能夠?qū)崿F(xiàn)更高的檢測靈敏度和穩(wěn)定性。當(dāng)金屬膜的層數(shù)大于3層時，本發(fā)明采用金涂覆的銀層作為感測層，其中的金膜能夠作為銀層的保護(hù)層，防止銀層被氧化或硫化。此外，本發(fā)明還考慮了金屬和金屬氧化物表面吸附劑的影響，通過調(diào)整金屬膜的組合和厚度，能夠顯著提高傳感器的穩(wěn)定性和敏感性，本發(fā)明不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中穩(wěn)定性和敏感性不足的問題，還無標(biāo)記親和力評估提供了一種高效、靈敏、穩(wěn)定的解決方案，適用于蛋白-蛋白、蛋白-dna、蛋白-小分子等多種生物分子的檢測。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

35、（1）本發(fā)明充分利用不同金屬的特性，采用不同金屬/金屬氧化物、不同厚度以及組合的方式，得到的新型超表面spr芯片，其響應(yīng)信號以及靈敏度更高，能夠檢測更低濃度的生物標(biāo)志物；并且，多種金屬/金屬氧化物的組合可以增強(qiáng)傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，減少有機(jī)材料吸附對芯片性能的影響；

36、（2）當(dāng)金屬膜的層數(shù)≥3時，本發(fā)明將金作為覆蓋層，能夠通過金膜保護(hù)銀涂層，解決銀的氧化或硫化敏感性問題，延長傳感器的使用壽命；

37、（3）本發(fā)明新型超表面spr芯片的操作簡單，在金屬膜總厚度相同的條件下，采用鈦、金屬氧化物、銀等替換純金，降低了芯片的生產(chǎn)成本，利于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用；

38、（4）本發(fā)明采用多種金屬組合的方式改善界面性質(zhì)，提高金屬和金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和敏感性；

39、（5）本發(fā)明采用多層結(jié)構(gòu)組合的方式，實現(xiàn)更高的檢測靈敏度和改進(jìn)的傳感性能，能夠應(yīng)用于蛋白-蛋白、蛋白-dna、蛋白-小分子的分子互作檢測，此外，還能應(yīng)用于無標(biāo)記親和力評估。