TiO_2纳米线阵列薄膜干涉传感器及其灵敏度研究

【摘要】在FTO导电玻璃上通过水热法制备单步、原位的1.0—1.5μm厚度TiO2纳米线阵列薄膜，用此复合结构作为薄膜干涉传感器的传感芯片，并结合卤钨灯光源、CCD光谱仪、棱镜耦合器以及流动测试槽构建了类似Kretschmann结构的光谱测量式薄膜干涉传感器。以非吸附型氯化钠水溶液为折射率液体测试了传感器的折射率灵敏度。结果表现出在给定溶液折射率范围（1.3335—1.3604）内，干涉传感器吸收峰波长随着折射率的升高而线性地增大。以DNA吸附后的TiO2纳米线阵列为小分子吸附质，考察了传感器对AO染料的吸附特性。结果表明，与之有TiO2纳米线阵列的薄膜干涉传感器相比，DNA修饰后的纳米线阵列薄膜传感器对小分子检测的灵敏度大幅度提高，原因是其在波导层内的大量吸附。研究采用TiO2纳米线阵列薄膜同时作为波导层和敏感层利用棱镜耦合结构制备了薄膜干涉传感器。结合CCD光谱仪对不同浓度NaCl溶液、蔗糖溶液和AO染料溶液等吸附性小分子进行了研究。结果表明，这种薄膜干涉传感器不仅对折射率变化的溶液灵敏度很高，而且可用于小分子的吸附测试。在对不同浓度的NaCl溶液的折射率测定揭示出此种传感器灵敏度高，探测误差小，重复响应的性能优秀.综上所述，此种薄膜干涉传感器有很好的应用前景，所以对其进行的深入研究也极具意义。本文开发一种新型TiO2纳米线阵列干涉传感器。首先，通过水热合成法在FTO导电玻璃表面制备了TiO2纳米线阵列薄膜。然后，以此复合结构作为传感芯片，利用Kretschmann棱镜耦合结构，构建了基于Kretschmann结构的波长调制型薄膜干涉传感器。最后，以氯化钠水溶液为待测液体介质研究了该传感器对环境介质折射率的灵敏性能。结果表明：该传感器对1.3335～1.3604范围内的折射率有很好的响应。在TM模式下，在0～3%与3～15%浓度范围内氯化钠浓度与该传感器的反射光强度分别呈现良好的线性关系。在TE模式下，在0～3%浓度范围内，氯化钠浓度与吸收强度呈现良好的线性关系，而波长基本不变；而在3～15%浓度范围内，随着氯化钠浓度的增加，波长逐渐红移，氯化钠浓度与波长成呈现良好的线性关系。通过这种传感器芯片对生物分子的吸附试验表明，其灵敏度很高。由于其可代替传统SPR传感器芯片，而且无须消耗贵重的金属金，所以其应用非常具有前景。
【作者】杨洋；
【导师】董文飞；
【作者基本信息】吉林大学，生物医学工程，2014，硕士
【关键词】SPR传感器；薄膜干涉；小分子；纳米线阵列；二氧化钛；

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