拉锥光纤表面等离激元共振高性能传感器

Au和Ag常用于激发表面等离激元共振(SPR)。Ag的欧姆损耗低于Au,损耗谱线更窄,但Ag容易被氧化。而TiO_(2)具有化学稳定性和可调性等优势。因此,为了做出性能优异且稳定的传感器,提出了一种基于Ag/TiO_(2)的拉锥多模光纤(MMF)表面等离激元共振传感器。TiO_(2)增加传感器灵敏度保留了窄损耗谱线的优势,同时起到了保护Ag免受氧化的作用。该传感器具有高灵敏度和高质量指数(FOM)的特点,在通信波长范围内表现出卓越性能。为了深入研究,文中使用基于COMSOL Multiphysics软件的有限元方法(FEM)模拟工具进行了数值研究。模拟结果显示:传感器实现了最大波长灵敏度达到16000 nm/RIU,最大FOM值为1920 RIU^(-1)。该研究为高性能SPR传感器的设计提供了有价值的设计见解。

基于高通量表面等离子体共振技术筛选与TPBG具有高亲和力的单克隆抗体研究

目的探讨从制备的单克隆抗体中快速筛选出与滋养层糖蛋白(TPBG)具有高亲和力的单克隆抗体的方法。方法采用高通量表面等离子体共振技术(SPR),将不同种属的TPBG通过氨基偶联的方式固定在GLC传感器芯片上,梯度稀释的抗体作为流通相,筛选能高度亲和TPBG的单克隆抗体,并测定相互作用的动力学常数。抗体1结合人和食蟹猴TPBG,亲和力分别为65.0、31.6 nmol/L;抗体6结合人、小鼠、食蟹猴TPBG,亲和力分别为77.6、92.1、87.7 nmol/L。结果该研究成功筛选出2种能与TPBG特异性结合的单克隆抗体。动力学图谱显示,这2种抗体与TPBG蛋白的特异性结合稳定。结论采用SPR可筛选出与TPBG蛋白具有高亲和力的单克隆抗体,为开发出一些新型的抗肿瘤药物提供一种方法。

D型环光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

提出了一种中红外波段宽范围低折射率检测的D型环双芯光子晶体光纤表面等离子体共振传感器。该结构为一个D型环,并在其内外表面都沉积一层金属层。采用全矢量有限元方法分析了该传感器的性能。结果表明,该传感器可以在中红外波段实现低折射率传感,并具有高传感灵敏度特性。分析物的折射率可检测范围为1.20~1.38,平均波长灵敏度和最大波长灵敏度可分别达到13717 nm/RIU和21150 nm/RIU,分辨率可达到1.94×10^(-5) RIU。该传感器可在化学、生物以及环境检测等领域有重要的应用。

基于表面等离激元共振具有高消光比的光子晶体光纤偏振滤波器

本文提出一种新型光子晶体光纤偏振滤波器,利用有限元方法对其偏振滤波特性进行了模拟分析.该滤波器使用一矩形镀金空气孔取代常用的圆形空气孔,模拟结果证明这种结构可以改变纤心中传输的两个正交偏振模式在金属表面所激发的表面等离激元共振波长之间的间隔及耦合效率,从而在一个偏振模式的约束损耗可忽略不计的情况下,另外一个偏振模式具有较大的约束损耗,实现偏振滤波.该设计思想不仅适应于本文的光子晶体光纤偏振滤波器,也可应用于其它光纤结构.

表面等离子共振传感器在生物分子检测中的应用进展

生物传感器是一种对生物物质敏感并将可观察的生化反应转变为可测量的物理量的仪器。生物传感器由分子识别元件(抗体、适配体、蛋白质等)、转换元件(氧电极、光敏管等)和信号放大装置组成。待测物质经扩散作用进入分子识别元件,由其识别并发生生物学反应,产生的信息由转换元件转换成可量化和可处理的声、光、电等信号,再经信号放大装置放大并输出,从而得到待测物浓度。生物传感器由传感器检测原理可分为热敏生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、介体生物传感器等,在食品检测、环境污染、临床诊断、药物发现等方面有广泛的应用。表面离子共振(surface plasmon resonance,SPR)物传感器是一种光学生物传感器,具有无需标记、高选择性、高灵敏度、简易、可靠、低成本、实时响应等优点,广泛应用于抗生素、细菌、病毒、生物毒素、重金属、蛋白、核酸等快速检测。本综述作者对SPR的原理、检测形式和近年来快速检测的应用进行总结,期望能为相关研究提供参考。

基于表面等离子体共振技术的光子晶体光纤传感器研究

为了实现对待测介质折射率的高灵敏度检测,设计并研究了一种基于表面等离子体共振技术的光子晶体光纤折射率传感器。该传感器的内外空气孔呈正六边形排列,在包层外壁上涂覆银-石墨烯纳米薄膜,通过纤芯基模和表面等离子体模的耦合程度来检测周围环境的折射率变化。研究表明,该传感器可以实现折射率在1.37~1.38范围内的检测,最高灵敏度可达40000nm/RIU,分辨率可达4.17×10-5RIU。

InSb光栅耦合的太赫兹表面等离激元共振传感方法

仿真设计了一种光栅耦合型太赫兹(THz)表面等离激元(SPP)共振生化传感结构,该结构通过在锑化铟(InSb)基底表面刻蚀亚毫米光栅形成.基于波矢匹配方程的仿真结果表明,当TM偏振的THz平行波束以30°入射角照射到光栅区间时,光栅的–1和+1级THz衍射波束能够分别激励传播方向相反的低频SPP和高频SPP.由于采用商业THz时域谱装置可以准确测量低频SPP,本文系统地分析了低频SPP的共振和传感特性对光栅结构参数的依赖关系.仿真结果表明:InSb光栅耦合的THz-SPP共振传感芯片的折射率灵敏度随光栅周期的增大而减小;当光栅周期为120μm、入射角为30°时,折射率灵敏度为1.05 THz/RIU,在此条件下,传感芯片不能对生物分子单分子吸附层作出可探测的响应,究其原因是,低频SPP的消逝场穿透深度远大于生物分子尺寸,致使两者相互作用不足.为了探测生物分子,仿真分析了多孔薄膜覆盖InSb光栅的增敏方法.多孔薄膜具有分子富集作用,能够将THz表面波与生物靶标的相互作用从单分子尺度扩展至整个薄膜厚度,从而提高传感器的生物检测灵敏度.以酪氨酸吸附为例的仿真结果表明,当InSb光栅表面覆盖厚度为120μm、孔隙率为0.4的多孔聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜后,其吸附灵敏度为0.39 THz/单位体积分数.

基于D型光子晶体光纤的表面等离子体共振传感器

本文提出一种基于D型高灵敏度光子晶体光纤的表面等离子体共振低折射率传感器。D型光子晶体光纤结构更容易镀膜,且便于填充分析物,利用开口镀金结构能够更多激发等离激元。采用有限元法对其结构进行数值模拟,选择分析物折射率范围为1.2~1.29,研究空气孔、开口直径、镀膜厚度等结构参数对传感器性能的影响,对其结构进行优化。当分析物折射率为1.29时,传感器最大灵敏度达到17000 nm/RIU,分辨率达到6.0×10^(-6) RIU。

基于高双折射侧边抛磨光子晶体光纤的表面等离激元共振双参量传感器

利用表面等离激元共振(SPR)技术设计了一款高双折射光子晶体光纤(PCF)传感器,可以实现宽范围的双参量高灵敏度传感.采用侧边抛磨的结构,内部空气孔呈三角晶格排列.金纳米层涂覆在抛磨面直接与待测物接触作为测量折射率RI的通道,更加方便检测工作的进行,靠近纤芯的椭圆孔内充满氯仿用来探测温度.两个独立的通道以及由非对称引入的双折射可以确保独自测量折射率和温度的变化,解决了交叉灵敏度问题.借助全矢量有限元软件COMSOL Multiphysics,灵活使用散射边界条件可以很好的对光子晶体光纤传感器的光学特性进行数值分析研究.实验结果表明,文中提出的传感器可以测量折射率范围为1.32~1.39,温度范围是20~60℃,在500~1100 nm的波长范围内可以观察到明显的表面等离激元共振效应.为了进一步分析该结构的性能,对主要结构参数(抛光面金膜厚度m_(1)、Ta_(2)O_(5)厚度m_(2)、中心空气孔直径d1以及占空比)做了研究分析.仿真结果得到折射率传感下的平均波长灵敏度5700 nm/RIU,最大波长灵敏度13200 nm/RIU,最大振幅灵敏度818.44 RIU^(-1),传感器的折射率分辨率为1.75×10^(-5)RIU.温度传感范围为20~60℃,得到最大波长灵敏度为2.6 nm/℃,最大振幅灵敏度为0.363℃-1,以及传感器的温度分辨率为3.84×10^(-2)℃.该工作对于高灵敏度、实时、分布式、多参量测量SPR传感器的设计和实现具有指导意义.

太赫兹连续波成像及光子晶体光纤表面等离子体共振传感探究

太赫兹连续波成像和光子晶体光纤表面等离子体共振传感技术是两个非常有前途和潜力的领域,它们可以为科学和工程社区提供重要的工具和技术,以推动创新和发展。本文主要围绕太赫兹(THz)连续波成像及光子晶体光纤表面等离子体共振传感展开论述,先后分析了THz连续波成像系统、大孔径微流体通道PCF-SPR传感、基于液芯PCF-SPR温度传感,最后还进行了实验分析,希望可以对提高相关领域的技术有所帮助。

基于表面等离子共振传感器的COVID-19检测与药物评价

自新冠病毒发现以来,新冠肺炎在社会内引起广泛关注,其传播能力相较于其他冠状病毒具有更高的传染性和致病性,在世界范围内对人类的生命财产安全造成了巨大的危害.灵敏检测和早期诊断是实现新冠病毒COVID-19有效阻隔和治疗的关键环节,传统的PCR等技术目前已被应用于COVID-19的诊断与检测当中,但其仍存在着定量困难、耗时长、成本昂贵等缺点.表面等离子共振(SPR)传感器是一种高灵敏、无标记和快速的实时分析工具,可用于特定蛋白质、核酸和病毒粒子的定量检测,在COVID-19检测中发挥着重要作用.本文综述了基于不同检测方法,包括直接法、间接法、夹心法在内的SPR传感器对COVID-19的定量检测与诊断研究进展,对固定配体进行分类,研究目标分子包括COVID-19的核酸分子、抗原、抗体及病毒粒子.同时,也从传感器设计、表面修饰、检测性能等方面对SPR传感器进行了介绍,总结了SPR传感器针对COVID-19检测的开发方向、目前存在的问题及可以采取的措施.另外,SPR传感器可以通过其独特的亲和力动力学分析实现分子间KD值的计算,对SPR传感器在COVID-19潜在药物评价方面的应用及作用机制进行了概述和展望.上述研究成果有助于构建和开发新冠病毒的高灵敏检测方法,并为相关治疗药物的设计和作用机制研究提供基础和指导.

基于表面等离子体共振的光子准晶体光纤甲烷氢气传感器

设计了一种用于同时检测甲烷和氢气的基于表面等离子体共振(SPR)的新型光子准晶体光纤(PQF)传感器。在该传感器中,在银膜上分别沉积Pd-WO3和掺杂聚硅氧烷的笼型分子E薄膜作为氢气和甲烷的敏感材料。采用全矢量有限元方法对PQF-SPR传感器进行数值分析,结果证明该传感器具有良好的传感性能。在0%~3.5%的浓度范围内,氢气的最大检测灵敏度和平均灵敏度分别为0.8 nm/%和0.65 nm/%,甲烷的最大灵敏度和平均灵敏度分别为10 nm/%和8.81 nm/%。该传感器具有同时检测多种气体的能力,在设备小型化和远程监测方面具有很大的潜力。

无标记表面等离子共振免疫传感快速测定动物尿液中沙丁胺醇残留

本研究旨在建立一种无需标记的直接竞争表面等离子共振(SPR)免疫传感器,以快速测定动物尿液中沙丁胺醇的残留。试验首先利用氨基偶联原理,将沙丁胺醇单克隆抗体固定到CM7传感器芯片表面,然后通过优化单抗固定浓度、pH和固定时间,以及芯片活化和封闭时间,进而得到最佳分析条件。结果表明:沙丁胺醇在0.1~6.0 ng/mL浓度范围内线性关系良好[相关系数(R2)为0.9998],最低检出限(LOD)可达0.01 ng/mL,在添加浓度为0.5、1.0和5.0 ng/mL时,方法的平均回收率为87.82%~97.67%,批内变异系数(相对标准偏差)为1.51%~2.67%,批间变异系数为2.86%~5.53%。将该SPR免疫传感器与超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)确证分析方法进行实际尿液样品测定比较,结果能够保持一致。本研究建立的直接竞争SPR免疫传感方法简便、快速、灵敏,且无需复杂的生物标记,适用于动物尿液中沙丁胺醇残留的日常检测分析。

基于分子印迹的表面等离子共振传感器在食品安全检测中的应用

分子印迹聚合物与表面等离子共振传感器相结合,可用于分子间相互作用和结合特性的研究。该文综述基于分子印迹的表面等离子共振传感器的原理和技术优势,总结食品中农兽药残留、生物毒素以及其他污染物检测的最新研究进展,展望其在食品安全检测中的发展前景,为其开发和应用提供研究思路和理论参考。

石墨烯纳米片阵列的表面等离激元法诺共振

为了在中红外波段获得多阶表面等离激元法诺共振,设计了结构简单、制备方便的非对称石墨烯纳米片二聚体阵列超表面。采用有限元分析方法,对各阶法诺共振峰产生的物理机制,费米能级、纳米片结构及相对位置等因素对法诺共振的影响进行了理论分析。结果表明,随着费米能级的增加,法诺共振发生蓝移;表面等离激元共振效应增强,同时增强了近场的局域效应;随着纳米片二聚体的大小和位置的不对称性增加,法诺线型的非对称性也随之增加;这种结构简单的多阶表面等离激元法诺共振有望在生物传感及相关领域得到广泛应用。该研究为进一步的实验研究提供了理论参考。

螺旋形塑料光纤表面等离子体共振折射率传感器

研究了基于波长调制的螺旋形塑料光纤(plastic optical fiber, POF)表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)折射率传感器。采用机械热压和扭曲法将塑料光纤制备成螺旋形,在螺旋形POF上通过磁控溅射蒸镀一定厚度(约50 nm)的金属薄膜来激励SPR效应,从而形成螺旋形POF-SPR传感器。通过对螺旋形POF-SPR传感器的结构进行修饰,研究不同结构参数对折射率传感特性的影响。实验结果表明:由厚度为500μm扁平形POF扭制、螺纹数为4的螺旋形POF-SPR传感器具有较好的线性度和折射率传感特性,在折射率为1.335~1.400范围内测得的灵敏度为1 262 nm/RIU。该传感器具有成本较低、制备简单、结构稳定等优点。

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。

基于分子对接和表面等离子共振技术分析虾青素与跨膜转运蛋白CD36的结合作用

目的:探究虾青素与跨膜转运蛋白白细胞分化抗原36(cluster determinant 36,CD36)的结合作用。方法:采用分子对接技术模拟虾青素与CD36的结合作用,结合算法获得相互作用参数,确定结合位点,建立最佳匹配模型。同时,利用表面等离子共振技术测定分子间相互作用的结合和解离常数。结果:虾青素进入CD36内部的疏水腔中,对接结合能为-11.70 kcal/mol,且呈剂量依赖性结合,解离平衡常数KD为1.00×10^(-6) mol/L,表明虾青素与CD36以高亲和力结合,且动力学曲线显示虾青素与CD36的结合模式为慢结合慢解离;虾青素与CD36更多的氨基酸结合形成疏水相互作用,不同于叶黄素和β-胡萝卜素与CD36的极性氨基酸Asn53形成弱的范德华力,虾青素与天冬酰胺Asn53形成氢键作用,可能是虾青素以高亲和力结合CD36的部分原因,同时推断虾青素末端环上的酮基或羟基与酮基形成的α-羟基酮对于形成氢键起一定作用。结论:虾青素与CD36发生自发的相互作用且以高亲和力结合,结合模式为慢结合慢解离,从而实现有效的跨膜转运。

表面等离子体共振技术在外泌体表征鉴定中的研究进展

外泌体是一种脂质双分子层膜性囊泡,广泛分布于外周血、唾液、尿液、腹水等多种液体中。外泌体中的多种肿瘤相关基因参与了肿瘤细胞与正常细胞之间的信息交流,以及肿瘤细胞增殖和转移的过程,在肿瘤的发展中起着重要作用,是肿瘤液体活检的潜在生物标志物。近年来,表面等离子体共振技术(SPR)因其灵敏度高、所需样品量少、检测时间短及背景干扰小等诸多优点,被认为在外泌体的表征鉴定中有巨大的应用潜力。该文主要介绍了SPR的基本原理及基于SPR的生物传感平台在外泌体表征鉴定中的应用前景。

表面等离子体共振技术及其在蛋白质活性浓度绝对定量中的应用

表面等离子体共振(SPR)是一种由隐失波引发金属表面疏密电子振荡的物理学现象,通过共振角的分析可以了解分子间相互作用的情况。基于SPR的无校准浓度分析技术,通过在传质限制条件下测定蛋白质与其受体或抗体的扩散结合速率,即可在不需要标准品的情况下直接测定出蛋白质的活性浓度,是一种蛋白质活性浓度的绝对测量技术。通过综述表面等离子体共振技术绝对定量蛋白质活性浓度的原理及其在各领域的应用,探讨了该技术的优势以及目前存在的问题,展望了该技术未来发展方向及其在蛋白质计量中的主要应用。