局域表面等离子共振传感器概述

近年来,基于贵金属局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)而开发的生物传感器被陆续应用在环境检测和基础生物医学研究中。和传统的表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)传感器相比,LSPR基于先进的纳米材料合成技术而省略了复杂的光学器件,具有成本低,精度高,便于小型化等诸多优点。在实际应用特别是临床检测中,由于样品的复杂性和LSPR技术本身的低特异性,LSPR技术目前尚处于实验室开发阶段。随着表面化学研究的进步和新型受体的出现,LSPR的特异性也不断提高,使实时样品检测成为可能。本文主要介绍LSPR技术与传统的SPR的异同及其在临床生物医学研究中的应用。

局域表面等离子共振的影响因素及其研究进展

由于纳米材料的局域表面等离子共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)性质,使其在化学(生物)传感分析、成像、追踪、光热治疗及催化领域获得了广泛的应用。本论文将着重表面等离子共振的原理及其影响因素,并针对局域表面等离子共振效应的研究进展进行了总结,为表面等离激元深入的理解和探究奠定一定的基础。

基于局域表面等离子共振的比色法用于食品质量安全检测的研究进展

局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)是表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)中的一种特殊情况,是当光线入射到金属纳米颗粒上时引起的共振现象,可被用来实时跟踪天然状态下生物分子之间的相互作用。这种方法对生物分子无任何损伤,且不需任何标记物。LSPR比色法灵敏度高、多色变化,可用于试纸条、试剂盒的制作。本文解释了LSPR的基本原理及比色技术的概况,综述了近5年基于LSPR的比色技术在食品安全方面的应用,最后对基于LSPR生物传感器比色法的发展和应用及研究领域所面临的挑战和未来的发展方向进行了讨论,以期为LSPR比色法日后在食品安全领域更好地应用提供参考。

基于银纳米粒子的局域表面等离子体共振效应提高草甘膦基于茚三酮间接检测的灵敏度

常规的农药残留检测一般存在前处理操作复杂,耗时较长,方法不够灵敏等问题。根据氨基与茚三酮显色原理和局域表面等离子体共振(LSPR)增强光吸收原理,利用紫外-可见吸收光谱对水样品中草甘膦含量进行定量分析,并利用密度泛函理论进一步分析了显色的类似罗曼紫产物的光吸收增强机理。草甘膦与茚三酮在钼酸钠催化下反应生成类似罗曼紫产物;该物质在紫外–可见吸收光谱570 nm处有最大吸收峰,当其吸附在银纳米粒子(Ag NPs)表面上时,最大吸收峰蓝移至568 nm处,同时吸收强度显著提高;本研究中检出限为2.0174×10^(-11) mol·L^(-1),显著低于文献中约6.5×10^(-7) mol·L^(-1)的检出限。Gaussian 09软件计算得出,类似罗曼紫产物经由茚三酮的C O基团垂直吸附在Ag NPs表面,静电势表明茚三酮的C O基团优先与Ag稳定相互作用并形成Ag—O键,C O基团和C—N基团构成了π键共轭系统;连接草甘膦和茚三酮之间的C—N键是类似罗曼紫产物的生色团。因此,茚三酮衍生法可用于间接检测水样品中草甘膦,银纳米粒子LSPR效应增强了光吸收强度,比常规方法具有更高的灵敏度。

基于局域表面等离子共振光纤传感器的心肌肌钙蛋白Ⅰ的检测

提出一种应用于心肌肌钙蛋白Ⅰ(cTn Ⅰ)检测的局域表面等离子共振(LSPR)光纤传感器。将标准光纤局部腐蚀掉包层,在其表面形成纳米银膜,用葡萄球菌A蛋白(SPA)作为纳米银膜与cTn Ⅰ单克隆抗体的连接介体,实现鼠抗人cTn Ⅰ单克隆抗体对光纤传感器的修饰,放入不同浓度的cTn Ⅰ溶液中,通过测量传感器光谱曲线的消光峰位移获得溶液中的cTn I浓度。实验结果表明,溶液中cTn Ⅰ浓度在20～120ng/mL范围内,光谱曲线的消光峰位移的对数与cTn Ⅰ质量浓度的对数成线性关系,线性相关系数为0.996 2。利用夹心法,传感器检测限可达10ng/mL,有较强的抗杂蛋白干扰能力。基于LSPR的光纤传感器件结构简单、性能稳定、成本低且测量灵敏度高,可应用于cTn Ⅰ检测。

静电组装金纳米粒子制备局域表面等离子体共振传感膜

采用聚电解质自组装技术制备局域表面等离子体共振(LSPR)传感膜的方法,在玻璃基片上依次沉积聚电解质PDDA,PSS和PVTC,并通过静电吸附构建胶体金纳米粒子自组装膜形成LSPR传感膜.利用扫描电镜对LSPR传感膜表面形貌以及膜中金纳米粒子的粒径进行了表征,同时通过紫外-可见消光光谱对其灵敏度和渗透深度等重要参数进行检测.研究结果表明,所制备的LSPR传感膜粒子分布均匀、单分散性好、稳定性高、重现性好;消光峰位对样品溶液折射率的检测灵敏度为71nm/RIU,相应的峰强检测灵敏度为0.21AU/RIU,对表面吸附层的渗透深度约为16nm.

基于局域表面等离子体共振效应的聚合物波导传感器特性研究

以SU-8光刻胶作为波导芯层材料,设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论,建立了金纳米粒子的消光模型,理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明:当待测液体折射率增大时,LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大,传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰,其中一个峰位于520 nm波长附近,主要由表面等离子体吸收造成;另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移,主要由表面等离子体散射造成。

利用纳米金局域表面等离子体共振散射方法检测痕量汞(Ⅱ)

在Britton-Robinson（BR）（pH 为9．0）缓冲介质中，微量 Hg（Ⅱ）离子能诱使被巯基乙酸钠包被的AuNPs发生聚集，以此诱发局域表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）散射峰的出现，随着 Hg（Ⅱ）浓度的不断增加，体系在548 nm的LSPR散射信号显著增强，其散射强度与 Hg（Ⅱ）的浓度具有相关性，且在0．08～0．8μmol·L^-1范围内呈现一定的线性关系，由此构建了以 Hg（Ⅱ）为目标分析物的LSPR散射分析检测方法，检测限为8 nmol·L^-1。研究了体系的LSPR散射光谱以及吸收光谱，利用扫描电镜考察了AuNPs与 Hg（Ⅱ）反应前后粒径的变化情况，发现单独的AuNPs呈现良好的分散状态，当加入 Hg（Ⅱ）后，AuNPs呈现聚集状态。同时探讨了体系反应机理，结果表明Hg（Ⅱ）的加入与AuNPs表面的羧基发生螯合作用诱导了AuNPs的聚集。考察了体系对金属离子 Hg（Ⅱ）的选择性，实验中选择了一系列的金属离子与AuNPs作用，其结果表明 Hg（Ⅱ）与AuNPs作用的LSPR散射信号增强效果最为明显，而其余离子即使在浓度较高时其LSPR散射强度依然较弱，说明了实验设计方案对 Hg（Ⅱ）具有优异的选择性。此外，研究了体系酸度，离子强度以及稳定剂对体系的影响。实验所建立起来的方法操作简单，分析速度快速，检测灵敏度较高。该方法已经成功用于环境水样中痕量 Hg（Ⅱ）的检测。

金-二氧化钛(Au-TiO_2)复合薄膜的制备及局域表面等离子体共振(LSPR)效应

利用溶胶凝胶法在玻璃衬底上制备了金-二氧化钛(Au-TiO2)复合纳米薄膜,研究了热处理温度对复合薄膜表面纳米颗粒沉积的影响。利用原子力显微镜对样品进行了形貌表征,结果显示:复合薄膜是由纳米微晶组成的致密膜,温度越高越有利于Au粒子的形成。在550℃的热处理温度下,薄膜表面沉积的纳米微晶的粒径约为100nm。利用紫外-可见分光光度计测量了反射谱线,结果表明:由于局域表面等离子体共振(LSPR)的产生,在不同的热处理温度下,第一个反射峰(短波长处)不发生变化,第二个反射峰(长波长处)发生漂移(红移)。

Ag纳米线四聚体中的局域表面等离子体共振腔模态变化

利用贵金属纳米线之间的相互作用可诱导局域表面等离子体共振效应,从而增强纳米结构中电场的分布,这在增强荧光特性和提升传感器的灵敏度等方面都有着非常重要的意义.本文设计了几种基于贵金属Ag的四聚体纳米结构,包括圆柱形和四棱柱形Ag四聚体结构,并通过改变其排列方式与棱柱纳米线的旋转角度,对其电场分布以及电场强度X分量对旋转角的依赖关系进行了理论模拟研究,探讨了吸收谱共振峰位与模态体积变化关系的物理机制.结果表明在Ag纳米线四聚体结构中,圆柱形结构中的电场增强效果不明显,棱柱形结构中的电场被大大增强,棱柱形四聚体间隙内产生了明显的电偶极子共振模式,极化的等离子体共振腔说明了形貌对于热点的产生起着决定性作用,在改变四聚体纳米线的组合方式以及四棱柱的旋转角度后,未旋转的非对称四聚体结构的局域表面等离激元共振特性最为理想,高于对称四棱柱结构的共振强度.因此,我们的结果对于利用局域表面等离子共振效应增强电场强度提供了结构模型和理论参数.

基于银纳米颗粒局域表面等离子体共振散射特性测定多巴胺

在pH=5.91的Na2HPO4-KH2PO4缓冲溶液中,多巴胺通过静电作用使银纳米颗粒聚集,导致其局域表面等离子体共振性质改变,使体系的共振光散射强度显著增强。当多巴胺质量浓度在0.002~0.80μg·mL-1之间时,共振光散射强度的增强值ΔI490nm与多巴胺的质量浓度呈现出良好的线性关系,可得线性方程为ΔI490nm=1092.5ρ+6.25,检出限(3σ)为0.2 ng·mL-1,据此建立了一种快速、简便检测多巴胺新方法。已将本方法用于市售盐酸多巴胺注射液的检测,并与高效液相色谱法检测结果比较,测定结果可靠。

核/壳型纳米银球的局域表面等离子体共振调谐特性研究

利用离散偶极子理论数值模拟了核/壳结构纳米银球局域表面等离子体共振调谐特性,并应用等离子体杂化理论对其数值结果进行了解释。研究结果表明:对于固定的球壳结构,当改变内核介质的介电常数与内核结构尺寸时,其等离子体共振峰发生了明显的移动现象;对于固定的内核结构,当外核厚度变化时能有效实现共振峰的调控。

增强型局域表面等离子体共振纳米直写光刻

本文将Bowtie孔径结构与金属-介质-金属结构相结合,提出了一种新的局域表面等离子体共振纳米直写光刻结构,得益于金属-介质-金属结构中顶层透射Ag对透射光的放大增强以及底层反射Ag对透射光的反射补偿作用,聚焦光斑的尺寸得到压缩的同时深度得到了显著提高,理论仿真中当焦斑的FWHM为28 nm时,焦斑深度可以达到20 nm以上,这相对于传统纳米直写光刻结构,将焦斑的深度提升了4倍。随后,通过相关验证实验在光刻胶中获得了FWHM为47 nm,曝光深度为25 nm的焦斑图形,进一步证实了该结构在压缩焦斑尺寸以及提升焦斑深度上的显著优势。

局域表面等离子体共振效应气体传感器的研究进展

贵金属纳米结构的局域表面等离子体共振光学在光催化、光学传感器、表面增强光谱学、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。基于贵金属的局域表面等离子体共振效应传感器的性能主要依赖于贵金属的结构,总结了纳米贵金属粒子性质以及各种结构的制备方法和应用,并展望了未来表面等离子体共振效应传感器的发展趋势。

局域表面等离子体共振光谱的获取

金属纳米粒子膜表现出来的局域表面等离子体共振效应,成为一个快速发展的领域,被广泛的应用在化学传感器和生物传感器。局域表面等离子体共振光谱的获取是关键的技术支持。本文介绍了制作金属纳米粒子膜的方法、局域表面等离子体共振的原理以及光路设计,最终获取了纳米粒子膜的局域表面等离子体共振光谱。从获取的光谱中可以得到吸收峰值波长,波谱宽度等有效的光学参数。

混合溶液折射率对局域表面等离子体共振的影响

对水-二甲基亚砜二元混合溶液质量分数和温度与折射率的关系进行了理论和实验研究,对几种经典模型的拟合结果进行了比较,给出了适合水-二甲基亚砜混合溶液的经验公式。对水性金溶胶-二甲基亚砜混合溶液质量分数和温度对局域表面等离子体共振峰值波长的影响进行了理论和实验研究,结果表明:水性金溶胶-二甲基亚砜混合溶液质量分数对共振峰值波长的调节有较好的线性关系和较大的调节范围,当温度从20℃增大到60℃,混合溶液金溶胶的共振峰值波长增加了1367pm,温度敏感度为34pm/K,在0%～100%的质量分数范围内,混合溶液金溶胶的共振峰值波长平均产生8.5×103 pm的增长。

基于局域表面等离子体共振效应生物传感器的制备方法及应用

金属纳米颗粒表现出来的局域表面等离子体共振效应被广泛应用于生物传感器领域。综述了局域表面等离子体共振效应的基本原理,对比了局域表面等离子体和表面等离子体的异同,详细介绍了胶体化学平板印刷术、电子束光刻法、聚焦离子束光刻法、纳米球光刻术等多种金属纳米颗粒阵列和图形制备技术、特点及应用,分析了局域表面等离子体共振生物传感器的应用前景、现存问题及其解决途径。

用银壳层调节单分散金纳米棒的局域表面等离子体共振光学性能

为将单分散金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振(LSPR)波长从近红外光区调节到可见光区,通过表面原位还原反应合成了以银为壳层的单分散双金属核壳复合纳米棒(Au@AgNRs),其Ag壳层厚度可由Ag NO3的用量进行调节。用高分辨透射电镜和X射线能量色散谱仪确证了Au@AgNRs的形态结构、单分散性和化学组成。随着Ag壳层厚度的增加,Au@AgNRs的LSPR效应逐渐增强,纵向LSPR吸收峰由近红外光区蓝移到可见光区。Ag壳层厚度每增加1 nm,Au@AgNRs的纵向LSPR波长减小约12 nm。制得的Au@AgNRs在可视化传感器上有良好的应用前景。

局域表面等离子体共振酶联免疫法的显色方法及检测应用

随着现场实时快速检测技术的需求和发展,贵金属纳米颗粒由于具有独特的局域表面等离子体共振(LSPR)光学性能和优点(高稳定性、易于合成、易于表面修饰等),在疾病诊断、食品安全、环境质量检测领域有着广泛的应用空间。局域表面等离子体共振效应使得贵金属纳米颗粒在可见光范围内展示出丰富的色彩变化,并且这种色彩变化很容易通过改变贵金属颗粒的形状、大小、组成、周围介质环境进行调控。将这种可调控的显色与传统的酶联免疫吸附分析法(ELISA)相结合,构建局域表面等离子体共振ELISA,相比传统ELISA具有高灵敏度、快速、便携、可靠性高等优点。本文总结了局域表面等离子体共振ELISA显色的方法,并介绍其在疾病诊断、食品及环境检测等领域的比色检测进展,最后对局域表面等离子体共振ELISA当前存在的问题以及未来的发展方向进行了分析。

局域表面等离子体共振在可视化传感中的应用进展

贵金属纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观隧道效应、表面等离子体共振(SPR)和局域表面等离子体共振(LSPR)等物理化学性质,本文阐述了SPR和LSPR产生的机理,并总结了LSPR在可视化传感中的应用进展。