一種鍍銀納米光纖探頭及其製造方法
2023-05-24 07:59:41 1
專利名稱：一種鍍銀納米光纖探頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及光學納米光纖探頭的製造領域。
背景技術：
光學納米傳感器是一類具有亞微米級探頭、用於光學檢測的小型化裝置。在近幾 十年，其應用已經擴展到生物學領域，可以深入單個細胞內進行檢測。由於能夠在單細胞水 平上對生物學過程進行實時原位監測，光學納米傳感器的應用給細胞生物學帶來了革命性 的發展。 納米探頭是整個光學納米傳感器最重要，也是最精密的組件，近場光學掃描顯微 鏡的解析度主要取決於探頭的結構和品質，包括尖端的尺寸、側壁塗覆層的厚度以及光傳 輸效率。當探頭的尺寸減小到亞微米級時，通常通過覆蓋在其側壁上的金屬鍍層來實現較 高的光傳輸效率。 目前，已有一些在納米光纖探頭上製造金屬鍍層的方法，例如金屬氣相蒸鍍法和 黑漆塗覆法等。然而，這些方法成本較高，塗層不能精確的塗在探頭的尖端結構部分，塗層 經活化後容易脫落，使得這些納米探頭無法在單細胞檢測中使用；同時在納米光纖探頭上 鍍銀層，在各種文獻上均沒有報導。
發明內容
本發明的目的是解決上述問題而提供一種鍍銀納米光纖探頭及其製造方法，利用
該方法可以制的高品質的鍍銀納米光纖探頭，並且該方法成本低，塗層不易脫落。 本發明所採用的技術方案是
一種鍍銀納米光纖探頭，該探頭由光纖基底材料製成，前端具有一個用於檢測的尖端 結構，所述納米光纖探頭的尖端結構表面覆蓋有一層銀鍍層。
進一步地，所述尖端結構頂部的寬度為50 300nm。
更進一步地，所述銀鍍層的厚度為150 250nm。
—種鍍銀納米光纖探頭的製造方法，包括以下步驟
(1) 將標準單模或多模光纖，利用熱拉伸法製成納米光纖探頭；
(2) 將納米光纖探頭固定在玻璃毛細管中，浸入強氧化性酸液中3 5小時，然後用純 水洗淨，所述強氧化性酸液是將體積百分比為70% 99%的硫酸與體積百分比為10% 30% 雙氧水按體積比為4:6 8:2混合製得；(3) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入強鹼性溶液中3 5小時，然後用純水洗 淨，所述強鹼性溶液含有氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種或多種，溶液中氫氧根離子濃度為 0. 5mol/L 5mol/L ;
(4) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入質量百分比為1% 6%的氯化亞錫溶液 中3 20分鐘，從而在納米光纖探頭尖端結構表面形成氯化亞錫晶體薄層，以促進銀鍍層 的結合；
(5) 用去離子水衝洗納米光纖探頭，並用氮氣吹乾；
(6) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入銀氨溶液中，在銀氨溶液中加入質量百 分比為2% 5%的還原劑，保持玻璃毛細管浸泡20 150分鐘，使其發生銀鏡反應，納米光 纖探頭尖端結構表面形成一層銀鍍層，所述銀氨溶液與還原劑的體積比為5:5 8:2 ;
(7) 將製備得到的納米光纖探頭放在20 80° C超聲波水浴中保持15 60分鐘，使 銀鍍層均勻；
(8) 用去離子水衝洗納米光纖探頭，並用氮氣吹乾，然後放置在真空度為1X10—5帕，溫 度為80° C 13(T C的乾燥箱中，讓其完全乾燥，即製得鍍銀納米光纖探頭。 優選地，所述步驟(2)和(3)中純水為蒸餾水、反滲透水或去離子水。 進一步地，所述步驟(6)中的銀氨溶液為質量百分比為1% 4%的硝酸銀溶液中
滴入氨水，直到溶液恰好變為無色澄清。 優選地，所述步驟(6)中還原劑為葡萄糖溶液、果糖溶液、甲醛溶液或者乙醛溶液。
進一步地，所述步驟(6)中操作溫度應該保持在25。
C 80° C。
本發明具有以下優點
利用本發明方法可以精確的將銀鍍在納米光纖探頭的尖端結構表面，防止了探頭漏 光，賦予了納米傳感器極佳的光學特性，製得的鍍銀納米光纖探頭具有良好的光學特性，可 以用於近場光學掃描顯微鏡上，深入單細胞水平對生物過程進行實時檢測，並且銀鍍層不 易脫落；同時該方法利用銀鏡反應在光纖探頭尖端結構表面鍍銀，簡化了鍍層製作工藝，有 效降低了製造成本。
圖1為納米光纖探頭鍍銀前後的對比示意圖； 圖2為納米光纖探頭製備銀鍍層的操作示意圖； 圖3為實施例1中納米光纖探頭鍍銀前後掃描電鏡照片； 圖4為實施例1中納米光纖探頭鍍銀後掃描電鏡照片。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步具體說明。 該探頭由光纖基底材料製成，其前端具有一個用於檢測的尖端結構，納米光纖探頭的尖端結構表面覆蓋有一層銀鍍層，尖端結構頂部的寬度為50 300nm，銀鍍層的厚度 為150 250nm。納米光纖探頭鍍銀前後對比示意圖，如圖1所示。
參照圖2，該鍍銀納米光纖探頭的製造方法，包括以下步驟
(1) 將標準單模或多模光纖，利用熱拉伸法製成納米光纖探頭；
(2) 將納米光纖探頭固定在玻璃毛細管中，浸入強氧化性酸液中3 5小時，然後用純 水洗淨，所述強氧化性酸液是將體積百分比為70% 99%的硫酸與體積百分比為10% 30% 的雙氧水按體積比為4:6 8:2混合製得，純水為蒸餾水、反滲透水或去離子水；
(3) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入強鹼性溶液中3 5小時，然後用純水洗 淨，所述強鹼性溶液含有氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種或多種，溶液中氫氧根離子濃度為 0. 5mol/L 5mol/L，純水為蒸餾水、反滲透水或去離子水；
(4) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入質量百分比為1% 6%的氯化亞錫溶液 中3 20分鐘，從而在納米光纖探頭表面形成氯化亞錫晶體薄層，以促進銀鍍層的結合；
(5) 用去離子水衝洗納米光纖探頭，並用氮氣吹乾；
(6) 在25° C 80° C的環境中，將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入銀氨溶液 中，在銀氨溶液中加入質量百分比為2% 5%的還原劑，保持玻璃毛細管浸泡20 150分 鍾，使其發生銀鏡反應，納米光纖探頭表面形成一層銀鍍層；銀氨溶液與還原劑的體積比為 5:5 8:2，銀氨溶液為質量百分比為1% 4%的硝酸銀溶液中滴入氨水，直到溶液恰好變 為無色澄清，還原劑為葡萄糖溶液、果糖溶液、甲醛溶液或者乙醛溶液；
(7) 將製備得到的納米光纖探頭放在20 80° C超聲波水浴中保持15 60分鐘，使 銀鍍層均勻；
(8) 用去離子水衝洗納米光纖探頭，並用氮氣吹乾，然後放置在真空度為1X10—5帕，溫 度為80° C 13(T C的乾燥箱中，讓其完全乾燥，即製得鍍銀納米光纖探頭。 實施例1
製造150nm厚的銀鍍納米光纖探頭，具體操作過程如下
(1) 將標準單模光纖利用熱拉伸法製成納米光纖探頭；
(2) 將尖細的納米光纖探頭固定在玻璃毛細管中，浸入強氧化酸性溶液中3小時，然後 用蒸餾水清洗三遍；該強氧化酸性溶液為硫酸和雙氧水的混合溶液，該混合溶液是將體積 百分比為98%的濃硫酸和體積百分比為30%的雙氧水按體積比7:3配製成而成；
(3) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入氫氧根離子濃度為2mol/L的氫氧化鈉 溶液中3小時，然後用蒸餾水清洗三遍；
(4) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入質量百分比為5%的氯化亞錫溶液中10 分鐘；
(5) 用去離子水衝洗光纖，並用氮氣吹乾；
(6) 將0. 2gAgN03溶於10ml去離子水中，滴入氨水至溶液變為無色澄清，製成銀氨溶 液，此時銀氨溶液的pH值為9. 3 ;
(7) 在80° C環境中，將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入所配置銀氨溶液中，在 銀氨溶液中加入質量百分比為4%的葡萄糖溶液，銀氨溶液與所加入葡萄糖溶液體積比為 5:3，保持玻璃毛細管浸泡120分鐘；
(8) 將製備的鍍銀納米光纖探針放在超聲波水浴中60。 C保持30分鐘，使得製備的銀
5鍍層均勻；
(9)用去離子水衝洗光纖，並用氮氣吹乾，然後放置在真空乾燥箱中120° C，1X10—5帕 真空度的條件下保持24小時，使其完全乾燥，並且使塗覆上的銀鍍層能夠緊密地結合在光 纖探頭上。 經檢測，所製得鍍銀納米光纖探頭表面銀鍍層厚度約為100nm。鍍銀前後納米光纖 探頭掃描電鏡照片，如圖3和圖4所示。
實施例2
製作250nm厚銀鍍層的納米光纖探頭，具體操作過程如下
(1) 將標準多模光纖利用熱拉伸法製成納米光纖探頭；
(2) 將尖細的納米光纖探頭固定在玻璃毛細管中，浸入強氧化酸性溶液中5小時，然後 用蒸餾水清洗四遍；該強氧化酸性溶液為硫酸和雙氧水的混合溶液，該混合溶液是將體積 百分比為99%的濃硫酸和體積百分比為10%的雙氧水按體積比為8:2配製成而成；
(3) 將固定有光纖的玻璃毛細管浸入氫氧根離子濃度為0. 5mol/L的氫氧化鉀溶液中5 小時，然後用蒸餾水清洗三遍；
(4) 將固定有光纖的玻璃毛細管浸入質量百分比為3%的氯化亞錫溶液中20分鐘；
(5) 用去離子水衝洗光纖，並用氮氣吹乾；
(6) 將0. 4gAgN03溶於10ml去離子水中，滴入氨水至溶液恰好變為無色澄清，製成銀氨 溶液；
(7) 在25° C環境中，將固定有光纖的玻璃毛細管浸入所配置銀氨溶液中，在銀氨溶液 中加入質量百分比為3. 5%的甲醛溶液，銀氨溶液與所加入甲醛溶液體積比為5:5，保持玻 璃毛細管浸泡45分鐘；
(8) 將製備的鍍銀納米光纖探針放在超聲波水浴中80。 C保持60分鐘，使得製備的銀 鍍層均勻；
(9) 用去離子水衝洗光纖，並用氮氣吹乾，然後放置在真空乾燥箱中100° C，1X10—5帕 真空度的條件下保持24小時，使其完全乾燥，並且使塗覆上的銀鍍層能夠緊密地結合在光 纖探針上。 實施例3
製作200nm厚銀鍍層的納米光纖探頭，具體操作過程如下
(1) 將標準單模光纖利用熱拉伸法製成納米光纖探頭；
(2) 將尖細的納米光纖探頭固定在玻璃毛細管中，浸入強氧化酸性溶液中4小時，然後 用蒸餾水清洗三遍；該強氧化酸性溶液為硫酸和雙氧水的混合溶液，該混合溶液是將體積 百分比為70%的濃硫酸和體積百分比為30%的雙氧水按體積比4:6配製成而成；
(3) 將固定有光纖的玻璃毛細管浸入氫氧根離子濃度為5mol/L的氫氧化鉀和氫氧化 鈉的混合溶液中4. 5小時，然後用蒸餾水清洗三遍；
(4) 將固定有光纖的玻璃毛細管浸入質量百分比為5%的氯化亞錫溶液中20分鐘；
(5) 用去離子水衝洗光纖，並用氮氣吹乾；
(6) 將lgAgNOs溶於10ml去離子水中，滴入氨水至溶液恰好變為無色澄清，製成銀氨溶
液；
(7) 在80° C環境中，將固定有光纖的玻璃毛細管浸入所配置銀氨溶液中，在銀氨溶液中加入質量百分比為3. 5%的甲醛溶液，銀氨溶液與所加入甲醛溶液體積比為5:3，保持玻 璃毛細管浸泡60分鐘；
(8) 將製備的鍍銀納米光纖探針放在超聲波水浴中50° C保持15分鐘，使得製備的銀 鍍層均勻；
(9) 用去離子水衝洗光纖，並用氮氣吹乾，然後放置在真空乾燥箱中130° C，1X10—5帕 真空度的條件下保持24小時，使其完全乾燥，並且使塗覆上的銀鍍層能夠緊密地結合在光 纖探針上。 最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參 照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明 的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋 在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
一種鍍銀納米光纖探頭，該探頭由光纖基底材料製成，前端具有一個用於檢測的尖端結構，其特徵在於，所述納米光纖探頭的尖端結構表面覆蓋有一層銀鍍層。
2. 根據權利要求1所述的鍍銀納米光纖探頭，其特徵在於，所述尖端結構頂部的寬度 為50 300nm。
3. 根據權利要求l所述的鍍銀納米光纖探頭，其特徵在於，所述銀鍍層的厚度為150 250nm。
4. 一種鍍銀納米光纖探頭的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟(1) 將標準單模或多模光纖，利用熱拉伸法製成納米光纖探頭；(2) 將納米光纖探頭固定在玻璃毛細管中，浸入強氧化性酸液中3 5小時，然後用純 水洗淨，所述強氧化性酸液是將體積百分比為70% 99%的硫酸與體積百分比為10% 30% 雙氧水按體積比為4:6 8:2混合製得；(3) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入強鹼性溶液中3 5小時，然後用純水洗 淨，所述強鹼性溶液含有氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種或多種，溶液中氫氧根離子濃度為 0. 5mol/L 5mol/L ;(4) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入質量百分比為1% 6%的氯化亞錫溶液 中3 20分鐘，從而在納米光纖探頭尖端結構表面形成氯化亞錫晶體薄層，以促進銀鍍層 的結合；(5) 用去離子水衝洗納米光纖探頭，並用氮氣吹乾；(6) 將固定有納米光纖探頭的玻璃毛細管浸入銀氨溶液中，在銀氨溶液中加入質量百 分比為2% 5%的還原劑，保持玻璃毛細管浸泡20 150分鐘，使其發生銀鏡反應，納米光 纖探頭尖端結構表面形成一層銀鍍層，所述銀氨溶液與還原劑的體積比為5:5 8:2 ;(7) 將製備得到的納米光纖探頭放在20 80° C超聲波水浴中保持15 60分鐘，使 銀鍍層均勻；(8) 用去離子水衝洗納米光纖探頭，並用氮氣吹乾，然後放置在真空度為1X10—5帕，溫 度為80° C 13(T C的乾燥箱中，讓其完全乾燥，即製得鍍銀納米光纖探頭。
5. 根據權利要求4所述的鍍銀納米光纖探頭的製造方法，其特徵在於，所述步驟(2)和 (3)中純水為蒸餾水、反滲透水或去離子水。
6. 根據權利要求4所述的鍍銀納米光纖探頭的製造方法，其特徵在於，所述步驟(6)中 的銀氨溶液為質量百分比為1% 4%的硝酸銀溶液中滴入氨水，直到溶液恰好變為無色澄 清。
7. 根據權利要求4所的鍍銀納米光纖探頭的製造方法，其特徵在於，所述步驟(6)中還 原劑為葡萄糖溶液、果糖溶液、甲醛溶液或者乙醛溶液。
8. 根據權利要求4所述的鍍銀納米光纖探頭的製造方法，其特徵在於，所述步驟(6)中 操作溫度應該保持在25。
C 8Q。 C。
全文摘要
本發明公開了一種鍍銀納米光纖探頭及其製造方法，屬於光學納米光纖探頭的製造領域。該探頭由光纖基底材料製成，其前端具有一個用於檢測的尖端結構，所述納米光纖探頭的尖端結構表面覆蓋有一層銀鍍層。利用本發明的方法可以製得高品質的鍍銀納米光纖探頭，並且該方法成本低，塗層不易脫落。
文檔編號G01N21/01GK101776573SQ20101012045
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月9日 優先權日2010年3月9日
發明者仇志燁, 張勝民, 王深琪 申請人:華中科技大學