用于高灵敏度生物检测的低成本表面等离激元纳米结构传感器

表面等离激元传感技术由于具有灵敏度高、背景干扰小、快速响应、样品无需标记等特点,已经为健康监测、生化分析、环境检测等领域的发展注入了新的活力,尤其在生物制药和疾病检测领域拥有广泛的应用前景。传统的表面等离激元传感器是通过棱镜系统来激发金属膜表面的等离激元,其体积庞大且不易集成化。为了实现低成本、小型化和集成化的生化传感,基于纳米结构的表面等离激元传感器近年来备受青睐。相比于传统器件,这些新型传感器具有独特的先天优势,例如纳米结构表面电磁场局域性更强,具有更高的检测灵敏度;由纳米结构激发的等离激元不需要额外的耦合装置,便于小型化和集成化;与成像器件和微流控芯片兼容性好,从而为多路复用和高通量检测提供了可能。然而,现阶段纳米结构制备过多依赖于 “自上而下”的先进纳米加工技术,例如电子束光刻以及聚焦离子束直写。这些技术制备的纳米结构芯片不仅成本高、耗时长而且还存在产量底、尺寸小等问题,因而极大限制了纳米结构传感器的实用化。

为了实现纳米结构低成本、大面积制备,近期南京大学现代工程与应用科学学院徐挺课题组通过两步阳极氧化方法化学合成了自组装超薄多孔氧化铝薄膜,然后通过模板转移的方法制备了低成本、大面积的金属纳米盘结构传感芯片。该制备方法不需要昂贵的微纳加工设备,制备的结构具有大面积、准周期的结构特征。通过对体折射率传感灵敏度、表面传感灵敏度以及检测极限的系统研究,发现此方法制备的金属纳米盘结构传感芯片完全满足高灵敏生化传感的要求,其针对蛋白分子Con A的特异性检测,检测极限低至约1.8nM。此项研究为解决目前纳米结构传感芯片成本高、尺寸小和普及性差等问题提供了一条有效的解决途径,有望进一步推动表面等离激元传感技术在未来生物制药和疾病检测等领域的广泛应用。相关论文发表在Advanced Optical Materials (DOI:10.1002/adom.201801269),并于当期Inside Front Cover做简要介绍。