一種基于金種生長的終端反射式光纖表面等離子共振傳感器制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于金種生長的終端反射式光纖表面等離子共振傳感器制備方法，屬于表面等離子共振譜儀傳感器制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖型表面等離子共振(Surface plasmon resonance, SPR)傳感器，用于監(jiān)測分子相互作與目標分子定量檢測，已廣泛應(yīng)用于疾病診斷、DNA雜交與細胞行為監(jiān)測、環(huán)境與食品安全檢測等領(lǐng)域。它不但保持了傳統(tǒng)棱鏡型SPR傳感器高靈敏度、無標記實時檢測等特點，并且具有其獨特優(yōu)勢，包括:小型化、可抵抗電磁波干擾、可實現(xiàn)遠距離傳感等。
[0003]均勻的金屬膜是SPR傳感器擁有高靈敏度、優(yōu)良的SPR信號的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的制備光纖SPR傳感器方法是使用昂貴的鍍膜設(shè)備，通過物理蒸發(fā)或濺射方法，在光纖上首先鍍2-3nm的Cr提高粘附性，再鍍45_50nm的貴金屬提供自由電子。然而，針對光纖是一個柱面，而不是玻璃片平面的情況，在這些物理鍍膜方法中，需要采用復雜的轉(zhuǎn)動裝置來保證光纖柱面上金膜的均一性。金種生長的光纖SPR制備方法，不用使用此復雜的轉(zhuǎn)動裝置，并且其成本低廉、易于操作，在光纖SPR傳感器制備中具有優(yōu)良的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種基于金種生長的終端反射式光纖SPR傳感器制備方法。該制備方法操作簡單、成本低廉，制備的傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明的一種基于金種生長的終端反射式光纖SPR傳感器制備方法，包括以下步驟:
[0006]a)光纖預處理:將光纖截取小段，光纖小段終端作為傳感區(qū)域；傳感區(qū)域浸泡于濃硫酸中，去除光纖表面聚合物；去離子水清洗后，去除聚合物的傳感區(qū)域浸泡于40% HF中30min，去除光纖包覆層；
[0007]b)功能化修飾:將步驟a)中獲得的光纖傳感區(qū)域浸泡于食人魚洗液，光纖表面被-OH修飾后取出，用去離子水清洗，氮氣吹干，置于烘箱中將光纖表面的-OH固化；取出，常溫下浸泡于10%氨丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液中6-12h，此時光纖表面被-NH2修飾，取出，用甲醇清洗、氮氣吹干，置于烘箱中將光纖表面的_冊12固化；
[0008]c)金種連接:將步驟b)獲得的表面帶有牢固的-NH2基團的光纖傳感區(qū)域浸泡于金種溶液中8-12h，取出，去離子水清洗，氮氣吹干；
[0009]d)鍍膜:將步驟c)獲得的帶有金種的光纖傳感區(qū)域浸泡于鍍膜液中，于振蕩器中鍍膜反應(yīng)5-8min ；
[0010]e)端面封銀:采用銀鏡反應(yīng)，得到終端反射式SPR傳感器。
[0011]所述步驟a)中，光纖小段終端長度0.5-2cm為傳感區(qū)域。
[0012]所述步驟a)中，傳感區(qū)域浸泡于85°C的濃硫酸中。
[0013]所述步驟b)中，食人魚洗液為體積比為7:3的濃硫酸與雙氧水的混合液。
[0014]所述步驟b)中，光纖浸泡于食人魚洗液溫度為70-90 °C。
[0015]所述步驟d)中，鍍膜液為0.1 %說11(:14與0.4mM NH 20H.HCl的混合液。
[0016]所述步驟d)中，振蕩器轉(zhuǎn)速需為lOOrpm。
[0017]本發(fā)明的方法也可以用來制備棱鏡型SPR傳感器、在線傳輸式等各種傳輸模式的SPR傳感器、U型等各種形狀的SPR傳感器以及其它金膜傳感器。
[0018]與現(xiàn)有SPR傳感器制備方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:1)本發(fā)明的制備SPR傳感器方法，不使用物理蒸發(fā)或噴濺法中涉及的大型且昂貴的設(shè)備，所以該方法方便簡單，成本低。
[0019]2)本發(fā)明的金種生長法制備光纖型SPR傳感器，解決了物理鍍膜中必須使用轉(zhuǎn)動裝置以保證光纖柱面膜厚均勻的缺陷。
[0020]3)本發(fā)明方法制備的光纖SPR傳感器，對周圍環(huán)境折射率有明顯感應(yīng)(見附圖3)，靈敏度高，分別在折射率為1.333-1.359與1.359-1.386范圍內(nèi)，靈敏度為2054nm/RIU與 3980nm/RIU，見附圖 4。
【附圖說明】
[0021]圖1金種生長法制備終端反射式光纖表面等離子共振傳感器流程圖。
[0022]圖2金種生長法制備的終端反射式光纖SPR傳感器實物照片。
[0023]圖3金種生長法制備的光纖SPR傳感器在不同折射率溶液中的反射光譜。
[0024]圖4金種生長法制備的光纖SPR傳感器靈敏度考察。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]將光纖進行去除聚合物、去除包覆層預處理后，分別用去離子水與乙醇清洗，氮氣吹干后，浸泡于70-90°C的食人魚洗液(體積比為7:3的濃硫酸與雙氧水的混合液)中30min，取出后用去離子水清洗，氮氣吹干，得到-OH修飾的光纖表面，將其置于100°C烘箱中l(wèi)h，將光纖表面的-OH固化；取出，將帶有-OH的光纖常溫下浸泡于10%氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的甲醇溶液中8h，取出后用甲醇清洗，氮氣吹干，得到-NH2修飾的光纖表面，將其置于110Γ烘箱中l(wèi)h，將光纖表面的-NH2固化。采用傳統(tǒng)的檸檬酸鈉還原氯金酸法制備粒徑約2.5nm的金種，將上述_見12化后的光纖置于金種中8h_10h，取出后用去離子水清洗，氮氣吹干備用。配制鍍膜液(0.1%說11(:14與0.4mM NH2OH.HCl的混合液)，將帶有金種的光纖浸泡于鍍膜液中，于振蕩器中10rpm反應(yīng)7min，光纖表面形成一層致密的金膜。對金膜進行端面封銀，制得基于金種生長法制備的終端反射式光纖SPR傳感器(見附圖2)。
[0027]將上述基于金種生長法制得的光纖SPR傳感器通過SMA905等接頭安裝到SPR譜儀測控系統(tǒng)。設(shè)定積分時間、平均次數(shù)、平滑度，待信號穩(wěn)定后保存暗光譜；打開光源，待信號穩(wěn)定后保存參考光譜；將界面調(diào)節(jié)至反射率模式，將制備的傳感器浸入水中，待信號穩(wěn)定后疊加活動光譜，得到傳感器在水中的SPR反射譜圖，同樣，依次將制得的傳感器浸入乙腈、丙酮、乙醇、己烷、正丙醇溶液中，得到傳感器在上述幾種溶液中的SPR反射譜圖。Origin軟件作圖，得到基于金種生長法制備的SPR傳感器在以上不同折射率的溶液中的反射譜圖(見附圖3);通過計算，得到基于金種生長法制備的SPR傳感器分別在1.333-1.359與1.359-1.386的折射率范圍內(nèi)的靈敏度為2054nm/RIU與3980nm/RIU(見附圖4)。
[0028]實施例2
[0029]將光纖進行去除聚合物、去除包覆層預處理后，分別用去離子水與乙醇清洗，氮氣吹干后，浸泡于70-90°C的食人魚洗液(體積比為7:3的濃硫酸與雙氧水的混合液)中30min，取出后用去離子水清洗，氮氣吹干，得到-OH修飾的光纖表面，將其置于100°C烘箱中l(wèi)h，將光纖表面的-OH固化；取出，將帶有-OH的光纖常溫下浸泡于10%氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的甲醇溶液中6h，取出后用甲醇清洗，氮氣吹干，得到-NH2修飾的光纖表面，將其置于110Γ烘箱中l(wèi)h，將光纖表面的-NH2固化。采用傳統(tǒng)的檸檬酸鈉還原氯金酸法制備粒徑約2.5nm的金種，將上述_冊12化后的光纖置于金種中8h，取出后用去離子水清洗，氮氣吹干備用。配制鍍膜液(0.1% HAuCl^ 0.4mM NH2OH -HCl的混合液)，將帶有金種的光纖浸泡于鍍膜液中，于振蕩器中10rpm分別反應(yīng)5min、6min、7min和8min。對金膜進行端面封銀，制得基于金種生長法制備的不同鍍膜時間下的終端反射式光纖SPR傳感器。
[0030]按照實施例1中的測定方法，分別測定鍍膜時間為5min、6min、7min和8min的傳感器在水中的SPR反射譜圖，通過origin軟件作圖，并比較，得知:鍍膜時間為7min時，得到的傳感器SPR信號最佳。
[0031]本發(fā)明公開和提出的一種基于金種生長的終端反射式光纖表面等離子共振傳感器制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當改變條件和工藝路線等環(huán)節(jié)實現(xiàn)，盡管本發(fā)明的方法和制備技術(shù)已通過較佳實施例子進行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和技術(shù)路線進行改動或重新組合，來實現(xiàn)最終的制備技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
【主權(quán)項】
1.一種基于金種生長的終端反射式光纖表面等離子共振傳感器制備方法，其特征在于包括以下步驟: a)光纖預處理:將光纖截取小段，光纖小段終端作為傳感區(qū)域；傳感區(qū)域浸泡于濃硫酸中，去除光纖表面聚合物；去離子水清洗后，去除聚合物的傳感區(qū)域浸泡于40% HF中30min，去除光纖包覆層； b)功能化修飾:將步驟a)中獲得的光纖傳感區(qū)域浸泡于食人魚洗液，光纖表面被-OH修飾后取出，用去離子水清洗，氮氣吹干，置于烘箱中將光纖表面的-OH固化；取出，常溫下浸泡于10%氨丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液中6-12h，此時光纖表面被-NH2修飾，取出，用甲醇清洗、氮氣吹干，置于烘箱中將光纖表面的_冊12固化； c)金種連接:將步驟b)獲得的表面帶有牢固的-NH2基團的光纖傳感區(qū)域浸泡于金種溶液中8-12h，取出，去離子水清洗，氮氣吹干； d)鍍膜:將步驟c)獲得的帶有金種的光纖傳感區(qū)域浸泡于鍍膜液中，于振蕩器中鍍膜反應(yīng) 5_8min ； e)端面封銀:采用銀鏡反應(yīng)，得到終端反射式SPR傳感器。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟a)中，光纖小段終端長度0.5-2cm為傳感區(qū)域。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟a)中，傳感區(qū)域浸泡于85°C的濃硫酸中。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟b)中，食人魚洗液為體積比為7:3的濃硫酸與雙氧水的混合液。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟b)中，光纖浸泡于食人魚洗液溫度為70-90。。。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟d)中，鍍膜液為0.1 % HAuCl 4與0.4mMNH2OH.HCl的混合液。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟d)中，振蕩器轉(zhuǎn)速需為lOOrpm。8.如權(quán)利要求1所述的方法用來制備棱鏡型SPR傳感器、各種傳輸模式的SPR傳感器、各種形狀的SPR傳感器以及其它金膜傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于金種生長的終端反射式光纖表面等離子共振傳感器制備方法。裸光纖經(jīng)氨丙基三甲氧基硅烷處理后，其表面被-NH2功能化；通過與金種的靜電相互作用，將金種吸附于裸光纖表面；鍍膜液中，金種快速生長為致密的金膜；端面封銀后，制得光纖SPR傳感器。本發(fā)明方法不使用大型且昂貴的鍍膜設(shè)備，解決了物理鍍膜中必須使用轉(zhuǎn)動裝置以保證光纖柱面膜厚均勻的缺陷，且制備的傳感器對周圍環(huán)境具有高的靈敏度，分別在折射率為1.333-1.359與1.359-1.386范圍內(nèi)，靈敏度為2054nm/RIU與3980nm/RIU，也可以用來制備棱鏡型SPR傳感器、各種傳輸模式及形狀的SPR傳感器及其它金膜傳感器。
【IPC分類】G01N21/552
【公開號】CN105115943
【申請?zhí)枴緾N201510431719
【發(fā)明人】蘇榮欣, 石瑟, 黃仁亮, 齊崴, 王夢凡
【申請人】天津大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月21日