一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤SERS传感器

一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器
技术领域
1.本实用新型属于重金属检测领域，特别涉及一种以锥柱形光纤为衬底的用于汞离子检测的表面增强拉曼传感器。


背景技术：

2.汞及其化合物是一类剧毒性的污染物质，其通过食物链在生物体内富集，最终富集在人类体内并很难排出，从而引发诸多疾病，严重威胁人类健康，因此痕量汞离子的检测十分必要。目前已经有多种传统的汞离子检测方法，包括原子荧光光谱法、冷原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法和酶联免疫吸附测定法等。这些方法往往面临着预处理复杂、检测周期长、检测设备昂贵等诸多缺点。
3.近年来逐渐兴起了利用生物传感器检测汞离子的方法。拉曼光谱是一种表征分子振动的指纹光谱。表面增强拉曼检测技术具有超高的灵敏度，广泛用于痕量样品的分析检测。该技术快速、无损、安全，且重复性好、样品处理简单、紧凑便携、适用广泛。同时选用光纤制备sers传感器，使其具有使用寿命长、稳定性强、高灵敏度以及低成本的优势。
4.因此，亟需开发一种用于快速检测、灵敏度高、低成本的痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器。


技术实现要素：

5.基于现有技术的不足之处，本实用新型设计了一种新型的痕量汞离子检测装置。该装置通过在锥柱形光纤上覆盖银纳米粒子，将经cy5修饰的单链dna分子固定在银纳米粒子上。当汞离子加入后，通过形成t-hg
2 -t结构进而使单链dna分子形成发夹结构，使信号分子cy5靠近衬底，激发出拉曼信号，该拉曼信号由银纳米粒子进行增强。信号的强度和汞离子的浓度在一定范围内存在良好的线性关系。该方案结构简单、灵敏度高，选择性良好，能够广泛用于各种环境中的快速现场检测。
6.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于痕量汞离子的检测的锥柱形光纤sers传感器，包括：锥柱形光纤探测端、银纳米粒子、经cy5修饰的单链dna分子、输入/输出多模光纤。
7.锥柱形光纤探测端由多模光纤经拉锥而成。拉曼信号激发光经输入/输出多模光纤到达锥柱形传感区域。当待测溶液存在汞离子时，经cy5修饰的单链dna分子通过形成t-hg
2 -t进而形成发夹结构，使得信号分子cy5靠近衬底，激发出拉曼信号，该信号由银纳米粒子增强103～104倍，信号的强度和汞离子的浓度在一定范围内存在良好的线性关系，使得检测具有极高的特异性和灵敏性。
8.本实用新型所述的光纤探测端，选用纤芯/包层直径为50/125μm的多模光纤，锥柱形传感区域长度约为5mm，锥度角为30
°
，柱体直径10μm。
9.本实用新型所述的输入/输出多模光纤为拉曼信号激发光进入锥柱形传感区域的通道也是sers信号的传出通道，选用纤芯/包层直径为50/125μm的多模光纤，长度为20cm。
10.本实用新型所述的锥柱形光纤表面覆盖的银纳米粒子，粒子直径在40-60nm之间，以磁控溅射法固定于锥柱形光纤探测端(1)的锥柱区表面。
11.本实用新型的有益效果是：提出一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，由于hg
2
和t(胸腺嘧啶)能够特异性结合，本方案选用经cy5修饰的单链dna分子来检测汞离子具有十分优异的特异性和灵敏性；整体结构简单，方便携带，和传统的检测方法相比极大的降低了成本且具有极高的灵敏度和精度，并且适用于包括河流、饮用水网络、工业废水等各种环境下痕量汞离子的快速现场检测；本传感器所选用的锥柱形传感结构是已被证明的对信号光线有极高的耦合效率，使得自身灵敏度很高。
附图说明
12.图1是本实用新型的sers传感器结构示意图。
13.图2是本实用新型的sers传感器检测汞离子原理图。
具体实施方式
14.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
15.参见附图1和2，该用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，包括：锥柱形光纤探测端(1)、银纳米粒子(2)、经cy5修饰的单链dna分子(3)、输入/输出多模光纤(4)；银纳米粒子(2)和经cy5修饰的单链dna分子(3)固定于锥柱形光纤探测端(1)的表面；当待测溶液中存在汞离子时，汞离子和dna分子上的t(胸腺嘧啶)结合，形成t-hg
2 -t结构，使原本在溶液中自由舒展的经cy5修饰的单链dna分子(3)弯曲折叠成发夹结构，该过程使cy5信号分子靠近衬底，此时拉曼信号激发光经由输入/输出多模光纤(4)入射到锥柱形光纤探测端(1)，进而作用于靠近衬底的cy5信号分子上，产生拉曼信号，并且该信号由银纳米粒子(2)增强，增强后的信号由锥柱形光纤探测端(1)接收，经过输入/输出多模光纤(4)输出到拉曼光谱仪中。


技术特征：
1.一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，其特征在于该传感器包括锥柱形光纤探测端(1)、银纳米粒子(2)、经cy5修饰的单链dna分子(3)、输入/输出多模光纤(4)；银纳米粒子(2)固定于锥柱形光纤探测端(1)的锥柱区表面，经cy5修饰的单链dna分子(3)固定于银纳米粒子(2)上；拉曼信号激发光，经由输入/输出多模光纤(4)入射到锥柱形光纤探测端(1)，将锥柱形光纤探测端(1)浸没于待测溶液中，当待测溶液中存在汞离子时，汞离子和经cy5修饰的单链dna分子(3)结合，使信号分子cy5产生拉曼信号，该拉曼信号被银纳米粒子(2)增强，增强后的拉曼信号由锥柱形光纤探测端(1)接收沿输入/输出多模光纤(4)输出到拉曼光谱仪中，实现汞离子的检测。2.根据权利要求1所述的一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，其特征在于：锥柱形光纤探测端(1)选用纤芯/包层直径为50/125μm的多模光纤制备而成，锥柱传感区域长度约为5mm，锥度角为30
°
，柱体直径10μm。3.根据权利要求1所述的一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，其特征在于：银纳米粒子(2)，粒子直径在40-60nm之间，以磁控溅射法固定于锥柱形光纤探测端(1)的锥柱区表面。4.根据权利要求1所述的一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，其特征在于：经cy5修饰的单链dna分子(3)序列为：5
/-cy5-ttctttcttggggttgtttgtt-sh-3
/
。5.根据权利要求1所述的一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤sers传感器，其特征在于：输入/输出多模光纤(4)由纤芯/包层直径为50/125μm的多模光纤制备而成，长度为20cm。

技术总结
本实用新型公开了一种用于痕量汞离子检测的锥柱形光纤SERS传感器，包括锥柱形光纤探测端、银纳米粒子、经Cy5修饰的单链DNA分子、输入/输出多模光纤；银纳米粒子和单链DNA分子固定于锥柱形光纤探测端的表面。拉曼信号激发光，经由输入/输出多模光纤入射至锥柱形光纤探测端，待测溶液存在Hg


技术研发人员：刘岩 陈慧芳 栗铭潞
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2022/7/5