(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221012513 3.6 (22)申请日 2022.02.10 (71)申请人 国家纳米科 学中心 地址 100190 北京市海淀区中关村北一条 11号 (72)发明人 戴庆　吴晨晨　杨晓霞　郭相东　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 专利代理师 马欢欢 (51)Int.Cl. G01N 21/3577(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种探测水溶液中蛋白质 二级结构的等离 激元增强红外光谱传感器及其制备方法 (57)摘要 本发明提供了一种探测水溶液中蛋白质二 级结构的等离激元增强红外光谱传感器及其制 备方法， 属于红外光学传感技术领域。 本发明的 传感器包括石墨烯等离激元芯片和兼容红外透 射测试的微流控系统。 在入射红外光的激励下， 石墨烯层表面由于电荷的集体振荡在其表面形 成局域增强的电磁场(表面等离激元)， 石墨烯层 由于范德华相互作用， 水溶液内的待测分子在表 面等离激 元区域富集。 聚集在等离激元区域的待 测分子在 石墨烯等离激元的电磁场驱动下， 其红 外响应增强； 同时水分子被排除在等离激元区域 以外， 利用原位电学背景扣除方法能将等离激元 区域以外的分子信号完全消除， 实现 红外光谱对 微量溶液成分的直接、 原位 监测。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 114486802 A 2022.05.13 CN 114486802 A 1.一种探测水溶液中蛋白质二级结构的等离激元增强红外光谱传感器， 其特征在于， 包含石墨烯等离 激元传感芯片和兼容红外 透射测试的微 流控系统； 所述石墨烯等离激元传感芯片包括基底， 源漏电极， 电极掩膜层， 石墨烯层， 石墨烯修 饰层， 液体顶栅， 液体微纳腔， 红外窗片； 其中所述兼容红外透射测试的微流控系统设置有与石墨烯等离激元传感芯片连通的 进样通道和出样通道。 2.根据权利要求1所述的传感器， 其特 征在于， 所述液体顶栅 通过参比电极进行调控； 所述石墨烯层为周期性纳米结构， 所述周期性纳米结构包含多个连续纵剖面为台阶状 的结构； 所述液体微纳腔通过垫片及红外窗片置 于所述石墨烯等离 激元传感芯片上 方。 3.根据权利要求2所述的传感器， 其特征在于， 所述石墨烯层的周期性纳米结构包括石 墨烯微结构和刻蚀掉的石墨烯区域， 其中所述石墨烯微结构包括矩形、 正方形、 椭圆形和三 角形中的任意 一种。 4.根据权利要求3所述的传感器， 其特征在于， 所述石墨烯微结构和刻 蚀掉的石墨烯区 域在任意 一个方向的尺寸独立的为5～10 00nm。 5.根据权利要求1～4任意一项所述的传感器， 其特征在于， 所述石墨烯层表面覆盖石 墨烯修饰层， 所述石墨烯修饰层和石墨烯通过 范德华相互作用、 共价键或离 子键连接； 所述石墨烯修饰层的材料包含SiO2、 Al2O3、 Au、 Ag、 Cu、 Pd、 氧化石墨烯、 CuCo合金、 CuPd 合金、 苯甲酸、 苯乙酸、 硫醇、 高分子聚合物中的任意一种， 所述高分子聚合物包含聚苯乙 烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚醋酸乙酸、 聚乙烯和聚丙烯中的一种或几种。 6.根据权利要求5所述的传感器， 其特征在于， 所述源漏电极上方覆盖电极掩膜层， 所 述电极掩膜层的材料为绝缘材料， 所述绝缘材料包含聚乙烯、 聚醚醚酮、 硅胶、 树脂、 丙烯 酸 乙酯、 沥青、 聚乙酸乙酯、 聚乙烯醇、 肉桂酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚乙烯醇肉桂酸酯和橡 胶中的任意 一种， 所述 绝缘材料的厚度为0.01～10 μm。 7.根据权利要求4或6所述的传感器， 其特征在于， 所述红外窗片的材料和基底的材料 独立的为可透过红外光且具有介电性能的材料， 包含SiO2、 SiN、 Si3N4、 MgF2、 Al2O3、 CaF2、 BaF2、 HfO2、 Y2O3、 Ge、 Si、 LiF、 AgBr、 AgCl、 ZnS、 ZnSe、 KRS ‑5、 AMTIR1 ‑6、 金刚石和类金刚石中 的一种； 所述红外窗片的厚度为10nm～10m m。 8.根据权利要求7所述的传感器， 其特征在于， 所述液体微纳腔是在所述红外窗片下方 加工制备出凹槽形成的； 或是通过在 石墨烯器件上沉积图案化薄膜， 制备掩膜层； 或是在红 外窗片和石墨烯芯片中间放置 垫片形成微腔通道。 9.根据权利要求2或8所述的传感器， 其特征在于， 所述垫片 的材料包括纳米片、 SiO2、 SiN、 Si3N4、 MgF2、 Al2O3、 CaF2、 BaF2、 HfO2、 Y2O3、 Ge、 Si、 LiF、 AgBr、 AgCl、 ZnS、 ZnSe、 KRS ‑5、 AMTIR1‑6、 Au、 Pt、 Pd、 Cu、 CuO、 Ag、 PdO、 PdO2、 Al、 Fe、 聚四氟乙烯、 铅、 mylar、 CuCo合金和CuPd 合金中的一种或几种； 所述石墨烯器件上沉积图案化薄膜的材料包含Au、 Cr、 Ti、 MgF2、 Al2O3、 SiO2、 MgF2、 Al2O3、 CaF2、 BaF2、 HfO2、 Y2O3、 LiF、 AgBr、 AgCl、 ZnS和ZnSe中的一种或几种； 所述图案化薄膜的厚度为0.0 01～5 μm。 10.权利要求1～9任一项所述探测水溶液中蛋白质二级结构的等离激元增强红外光谱 传感器的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 选取支撑基底， 支撑基底选用红外透 明、 坚固且表面光滑的材料， 并在此基底上制备电权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114486802 A 2介质层； 在支撑基底上制备 出石墨烯微纳结构和电极； 在石墨烯微纳结构和电极表面制备 出石墨烯修饰层和电极掩膜层； 在石墨烯等离 激元器件表面制备 液体微腔； 加工具有 进样通道和出样通道的盖 板； 盖板和石墨烯器件的封装， 得到基于水 溶液中石墨烯等离 激元红外传感器； 对器件的液体流 通性能和增强红外光谱性能的测试。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114486802 A 3