表面等离子体共振传感器性能影响因素及提升策略研究

本文研究了表面等离子体共振传感器性能影响因素及提升策略研究,通过分析不同光学结构对传感器灵敏度、选择性和检测限的影响,揭示了光学结构等在提高传感器性能方面的重要性。本研究采用了六种具体策略,实验结果表明,采用优化光学结构、材料选择与优化等策略可以显著提高传感器的灵敏度和选择性,降低检测限,为表面等离子体共振传感器的应用提供了有力的支持。

差分干涉表面等离子体共振传感器的优化与验证

分析了影响相位调制的表面等离子体共振(SPR)传感器灵敏度及动态范围的各种因素。搭建了差分干涉SPR相位检测系统,使用matlab软件模拟了若干因素对该类传感器的灵敏度和动态范围的影响,并使用3种厚度的金膜进行了实验验证,同时实时测量了牛血清白蛋白与其抗体之间的反应过程。结果显示,入射角度对于灵敏度和动态范围没有影响,而入射光波长、所选金属的介电常数和金膜厚度这3个因素是起作用的。这3个因素中,金膜厚度是比较重要且最易调节的一个。选定金膜后,通过调节入射角和反应物浓度,将抗原抗体反应导致的相位变化限制在系统的线性范围内进行了实时检测。结果表明,对于波长为633nm的光源,在测量牛血清白蛋白与其抗体之间的反应过程中,兼顾灵敏度和动态范围的最优金膜厚度为48nm,此时动态范围为0.013 6RIU,灵敏度为6.67×10-7 RIU/0.01°。

三聚氰胺分子印迹表面等离子体共振传感器的制备及分析应用

以合成的烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)三酮为功能单体,三聚氰胺为模板分子,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,在表面等离子体共振(SPR)传感芯片上合成了分子印迹聚合物薄膜。根据印迹聚合物的朗格缪尔方程式,计算得到三聚氰胺和分子印迹聚合物之间的结合常数为1.40×10~8L/mol。此传感器显示出对模板分子三聚氰胺的高选择性,在p H=7.5的条件下,此传感器对三聚氰胺的响应最佳,线性范围为0.1-10.0 nmol/L(R=0.9991)。将此传感器用于牛奶和奶粉中三聚氰胺的检测,检出限分别为62.6 pmol/L和56.4 pmol/L(S/N=3),回收率分别为91.5%和92.0%。

多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振微囊藻毒素LR检测传感器

开发了一种多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振（SPR）传感器,用于快速检测水中微囊藻毒素LR。研究了利用该传感器检测微囊藻毒素LR的方法。首先,通过原位聚合法在SPR传感芯片的裸金表面合成了微囊藻毒素LR的多孔分子印迹膜,制备出可以特异性捕获微囊藻毒素LR的SPR传感芯片。然后,利用Kretschmann棱镜耦合结构,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型表面等离子体共振传感器。最后,通过检测不同浓度的微囊藻毒素LR溶液以及干扰物质微囊藻毒素RR溶液,研究了该传感器的测量范围、特异性等参数。结果表明,该传感器对于微囊藻毒素LR的检测灵敏度很高,可实现微囊藻毒素LR的定量检测,动态测量达2.1×10^-9~1×10^-6 mol/L。另外,传感器对于干扰物质微囊藻毒素RR无明显信号响应,表明传感器对于微囊藻毒素LR具有很好的特异性检测能力。

表面等离子体子共振传感器Ⅱ:实验装置与仪器

讨论了棱镜、光纤和光栅三种类型表面等离子体子共振 (SPR)传感器实验装置 ,着重讨论了棱镜型SPR实验装置 ,包括构成SPR实验装置的部件及影响因素等。简单介绍了目前市售的几种SPR商品仪器。

表面等离子体共振生物传感器的构建及对柠檬黄的检测

建立了傅里叶-表面等离子体共振传感器(FT-surface plasmon resonance,FT-SPR)检测食品色素柠檬黄的方法。利用柠檬黄与柠檬黄小鼠单克隆抗体特异性结合的原理,将碳酰二亚胺盐酸盐法制备出的柠檬黄-牛血清白蛋白偶联物成功结合到传感器芯片上,通过溶液竞争法检测柠檬黄。建立了标准曲线,获得检出限13μg/L;研究了pH值对检测的影响,得到pH 7.4为适宜的体系酸度;回收实验、实际样品检测及干扰实验的结果表明,本方法对柠檬黄有高选择性。与紫外检测方法相比较,FT-SPR传感器检测柠檬黄方法表现出了选择性高和检出限低等优势。

自组装表面等离子体子共振传感器用于测定抗生素-蛋白结合率的研究

自行设计组装了一套以白色发光二极管为光源的新型表面等离子体子共振传感器,并采用此传感器通过测量动力学参数测定了8种抗生素与固定在金膜上的牛血清白蛋白之间的结合率,将所得数据与常用的平衡透析法进行了比较,两者具有良好的可比性和线性相关性,说明采用此法也可测定抗生素与蛋白的结合率.该方法具有测定周期短、样品用量少、操作简便、预测效果良好以及仪器易于小型化甚至微型化等优点.

表面等离子体子共振传感器用于研究不同材质包裹的磁性纳米粒子性质

利用自行设计组装的以白色发光二极管为光源的表面等离子体子共振传感器实验装置,检测了不同材质包裹的磁性纳米粒子连接靶向DNA与生物素化DNA探针的结合程度.结果表明,与聚苯乙烯磁性微球连接的靶向DNA相比,Fe3O4@SiO2核壳式纳米微球连接的靶向DNA与生物素化的DNA探针结合速率较快,且其相对标准偏差较小.

光纤表面等离子体波传感器的温度特性的研究

本文从粒子振动的角度讨论了光纤表面等离子体波传感器对于温度的敏感特性。对于金属 /介质的表面等离子体波传感器 ,在界面处产生的等离子体振动实质是大量电子的集体振荡。在某一特定的波长的P光激励下 ,电子吸收了光子的能量而改变了原来的运动方式 ,当激励的光信号与电子群的固有振荡频率一致时 ,大量的电子振动变为一种谐振。由于界面处的电子密度与温度是密切相关的 ,不同的温度时密度不同———温度越高 ,电子的密度越大 ,而电子群的集体振荡又与电子的密度密切相关。所以温度的变化将对等离子体的共振频率产生非常重要的影响。利用了这一效应来补偿环境介质的温度变化 ,可以克服环境温度对测试所带来的影响。此外 ,本文也讨论了采用光纤SPW传感器可以进行多参数的测量。

波导型表面等离子体共振传感器传感特性计算

介绍了集成波导型表面等离子体共振传感器工作原理和基本结构,用传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,计算集成波导型表面等离子体共振传感器理论模型的共振波长。通过基于菲涅耳方程的解析分析,得到了含有表面等离子体共振吸收峰的透射谱。通过比较不同折射率被测物的透射谱,粗略确定了集成波导型表面等离子体传感器的检测范围。

基于表面等离子体共振传感器的金胶体表征

设计了表面等离子体共振(SPR)传感器实验装置,制备了金膜和金纳米胶体溶液,测量了不同厚度金膜和不同浓度金胶体溶液的SPR角谱,得到了不同浓度金胶体溶液的折射率.

一种用于表面等离子体共振传感器的纳米多孔金膜

为了打破传统的表面等离子体共振(SPR)生物传感器灵敏度不高的限制,近年来纳米材料在SPR生物传感器中的运用得到广泛的研究。但是纳米材料的制备一般都比较困难而且费用高昂,这给研究带来了困难。笔者采用化学腐蚀法制备出一种纳米多孔金膜,利用扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对该金膜的结构和光学性质进行了分析,并将该金膜用于SPR生物传感器实验研究。结果表明,与传统的平面金膜相比,该纳米多孔金膜具有独特的局域表面等离子体共振效应。装配有该金膜的SPR生物传感器在对生物试剂的检测中灵敏度有了一定程度的提高,且该金膜的制备方法简单,成本低廉,完全可以替代传统的平面金膜使用。

用表面等离子体共振传感器检测纳米间距

结合物理光学原理和表面等离子体共振(SPR)角度传感器,提出了可以突破衍射极限的纳米间距检测方法。在理论上建立起纳米间距和位相改变量之间的函数关系,借助于SPR角度传感器的高灵敏性,提出通过检测出射光束振动方向的p分量和s分量的位相差值来实现纳米间距的实时检测。模拟结果显示:纳米间距改变量从-0.5～0.5μm变化时,位相改变量可实现-150°～150°的变化,检测灵敏度>1 nm。该检测方法能够实现10 nm以下间距的灵敏检测,且具有结构简单,易于操作,实时检测的特点。

基于分子印迹膜的表面等离子体共振传感器检测黄体酮

分别采用热聚合和光聚合的方法在金膜表面合成黄体酮分子印迹膜,并将其作为识别元件应用于表面等离子体共振传感器检测黄体酮.通过对其进行洗脱及吸附研究发现：采用乙腈/乙酸混合液可以快速将黄体酮洗脱下来,洗脱前后共振角分别移动了1.15°和0.72°;该传感器实现对黄体酮的最低检测限均为10-14 g/mL;在10-14-10-6 g/mL的浓度范围内,共振角度的变化与黄体酮浓度的负对数成线性关系.同时将具有黄体酮识别位点的分子印迹膜分别吸附浓度为10-4 g/mL的雌二醇,睾酮和睾酮丙酸酯溶液,结果显示均没有非特异性吸附作用.以上结果表明,基于黄体酮分子印迹膜的表面等离子体共振传感器能够对黄体酮实现快速定量的专一性检测.

表面等离子体共振生物传感器在卵巢肿瘤标志物CA125检测中的应用

目的:运用表面等离子体共振生物传感器(SPR)无标记检测CA125血清抗原,探索卵巢癌无创诊断方法。方法:采用分子自组装技术,在SPR生物传感片表面固定抗CA125单克隆抗体OC125,利用其检测人体血清中CA125抗原的表达。结果:SPR对血清中CA125的测量结果与放射免疫测量结果的变化趋势基本一致,SPR共振峰移动的大小(δλ)相对地反映了血清中CA125抗原表达程度。结论:卵巢癌患者血清的SPR共振峰波长移动值显著大于对照组血清的SPR共振峰波长移动值。与现有检测技术相比,SPR方法具有无需标记,操作简单等优点,便于基层医疗单位使用。

表面等离子体共振传感技术应用于小分子检测

人体内的生物小分子对维持生命体健康具有重要影响,此类分子参与生命体的血液循环及免疫系统,因此检测生命体中生物小分子对研究小分子在生命体中的生理功能有着重要的意义。傅里叶变换-表面等离子体共振(Fourier transform-surface plasmon resonance,FT-SPR)光谱技术具有操作简便、灵敏度高、所需样品少、可实时检测等优点,近年越来越多应用于分子的检测。对于部分分子尤其是分子量非常小的生物小分子,FT-SPR直接检测法存在信号稳定性差、灵敏度不高等缺点,因此可以针对不同的检测目标构建系列SPR小分子生物传感器通过信号扩增弥补以上缺点。该研究分类并列举了用于小分子检测的SPR免疫传感器(直接检测法、“三明治”法、竞争检测法以及抑制检测法)、SPR分子印迹传感器以及其他基于SPR传感器,系统综述了SPR技术检测小分子的研究进展,并对其发展远景进行了展望。

聚合物薄膜对表面等离子体共振光谱的调制

为了研究聚合物薄膜结构对表面等离子体共振光谱的调制作用,以波长调制型表面等离子体共振（WISPR）分析仪为传感器件,采用层层组装法,分别在传感器芯片表面原位制备聚丙烯胺盐酸盐（PAH）/聚苯乙烯磺酸钠（PSS）及聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）/PSS多层薄膜,系统地研究在空气与水条件下这2种薄膜对共振光谱的影响,并通过理论模拟分析其内在规律.实验结果表明：对于致密的PAH/PSS薄膜,WISPR分析仪（检测范围为500~1 000nm）所能测量的最大双层数分别为11（约70nm,水）和45（约158nm,空气）;每一双层PAH/PSS薄膜在水中所引起的波长移动远大于在空气中的波长移动.对于环境响应性比较强的PDDA/PSS薄膜,WISPR分析仪所能测量的最大双层数为5（约128nm,水）,在空气中即使双层数大于40,也有共振峰出现.随着组装层数的增加,PDDA/PSS薄膜引起的共振峰在空气中交替出现,如共振峰分别在双层数4~11、19~26、29~40出现,而在双层数12~18、27~28、46~90处消失,这表明薄膜的增厚使光波导的共振模式从表面等离子体共振模式转变为横磁模的一阶模式与二阶模式.结果表明：通过调节聚合物膜的种类和结构可以有效改变表面等离子体共振光谱的共振波长及共振模式.

基于噪声分析的波长表面等离子体共振分析仪的数据处理

为了在保证波长表面等离子体共振（SPR）分析仪动态范围的同时提高其分辨率，分析了波长SPR分析仪系统噪声对其探测能力的影响；以波长SPR分析仪的信噪比为目标，对波长SPR的数据处理进行优化。优化结果显示，最佳处理曲线为SPR信号最强时波长所对应的反射系数R，与信噪比最大时波长所对应的反射系数R：之间的前半部分SPR曲线。基于这段最佳处理曲线，采用了一种部分质心法数据处理方法。实验结果表明，采用此种算法可使SPR分析仪动态范围扩大一倍，在探测器光谱仪波长分辨率提高4倍的情况下，SPR分析仪的分辨率提高了将近10倍。采用此种算法测量折射率在1.3325～1．3600间的甘油溶液，线性相关系数〉0．99，说明此种算法对测试结果的线性度不会产生不利的影响，可满足波长SPR数据处理方法的要求。

基于超连续谱的光子晶体光纤表面等离子体效应

提出了利用光子晶体光纤空气孔塌缩技术制作光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,构建了空气孔完全塌缩的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器模型,并模拟计算了其中的表面等离子体共振效应。制作了全光纤化的波长检测型的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,利用超连续谱光源进行了相关实验。实验结果表明:以空气为待测环境介质时,对应的共振波长为465 nm,与理论计算相符合。

表面等离子体共振传感技术在高分子研究中的应用

介绍了表面等离子体共振 (SPR)的基本原理和SPR传感器技术的应用现状 ,综述了SPR传感器在高分子科学研究中的应用和发展前景。