基于光子晶体光纤的表面增强拉曼探针的实验研究

【摘要】： 基于表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)的光纤传感器,由于具有光纤的远程遥感能力和SERS带来的高灵敏度,引起了人们的广泛关注。光子晶体光纤的气孔结构给光与样品提供了一个理想的相互作用空间,具有较高激励光利用效率和较大传感区域的优点。本论文结合表面增强拉曼散射和光子晶体光纤这两个研究热点,研究了以下四个方面内容: 一、空芯光子晶体光纤SERS探针。提出并实现了基于空芯光子晶体光纤的SERS探针,在光纤芯孔中传输的光能够直接地作用于芯孔内壁上的被测样品和金纳米颗粒,实现了对10-5mol/L罗丹明B分子的探测。进一步,基于一种七芯光子晶体光纤和银纳米颗粒,制作了多芯光子晶体光纤SERS探针,实现了一种多通道探测的方法。 二、液芯光子晶体光纤SERS探针。实现了一种简单的制备液芯光纤的方法:用光纤熔接机的放电过程将空芯光子晶体光纤的包层气孔熔融封闭,使得液体样品仅进入光纤芯孔而不会破坏光子带隙。用银纳米颗粒作为SERS基底,液芯光子晶体光纤SERS探针实现了对低浓度(4.7×10-9mol/L)罗丹明6G分子的探测。进一步,用液芯光子晶体光纤SERS探针实现了对生物样品PSA(10-6mol/L)和Alpha-synuclein(10-4mol/L)的探测。 三、实芯光子晶体光纤的SERS探针。提出并实现了一种新型结构的实芯光子晶体光纤SERS探针,在实芯光子晶体光纤的实芯和气孔包层中间插入了四个大空气孔,作为光与样品相互作用的空间,激励光在实芯中传输,分布在四个气孔中的倏逝场与其中的样品和SERS基底发生作用。实验上制备了这种实芯光子晶体光纤SERS探针,实现了对10-7mol/L罗丹明B分子的探测。进一步探索了直接在实芯光子晶体光纤气孔中生长金颗粒制备SERS探针的方法。 四、基于纳米颗粒二聚体增强的光纤SERS探针。提出一种基于两种电性相反的银纳米颗粒互相吸引形成二聚体结构的方法,在多模光纤的端面形成了纳米颗粒二聚体SERS“热点”分布,纳米颗粒二聚体能够得到更强的拉曼信号,实现了对10-9mol/L罗丹明6G分子的探测。