微结构光纤表面等离子激元共振传感器的研究

基于光纤结构的表面等离子激元共振(surface plasmon resonance,SPR)传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.论述了SPR传感器的工作原理、调制方式和光纤SPR传感器的理论,介绍了本课题组在该领域的研究进展,包括利用光纤和毛细管SPR传感器、图像式光纤SPR传感器、多通道光纤阵列SPR传感器、自补偿SPR传感器、智能手机SPR传感器及啁啾倾斜光纤光栅SPR传感器等,总结了基于光纤微结构的SPR传感器的研究现状,分析了需要解决的问题,并对未来的发展趋势.

利用表面等离子激元共振生物传感器研究聚合酶与敏感表面上自组装的DNA的相互作用

利用SPR生物传感器研究了人的型DNA聚合酶与DNA模板-引物二聚体以及单链DNA的相互作用情况。同时,观察了两种抑制剂(神经酸和亚油酸)对这些相互作用的影响。结果表明,神经酸和亚油酸可以使β聚合酶与DNA二聚体的亲和力分别下降20倍和5倍,神经酸的抑制作用更加明显。利用这些方法,有助于清楚了解抑制剂对β聚合酶与DNA相互作用的影响和抗癌及抗病毒药物的研制。

牛血清白蛋白-三聚氰胺偶联物修饰的表面等离子体激元共振芯片检测三聚氰胺含量

基于竞争反应模式,建立了表面等离子体激元共振（ Surface plasmon resonance, SPR）技术检测三聚氰胺的方法。首先在羧甲基葡聚糖修饰的芯片表面引入牛血清白蛋白-三聚氰胺偶联物（ BSA-melamine）,随后流动注射待测三聚氰胺与适量三聚氰胺单克隆抗体的混合溶液。基于溶液中三聚氰胺与芯片表面固定的BSA-melamine偶联物和溶液中固定浓度的三聚氰胺单克隆抗体之间的竞争反应,通过检测芯片表面结合的抗体所产生的SPR信号,对溶液中三聚氰胺进行定量分析。随着溶液中待测三聚氰胺浓度的增大,SPR信号随之降低。三聚氰胺检测的线性范围为0.25~13 nmol/L及13~250 nmol/L。通过流动注射NaOH溶液可实现芯片的再生,从而大大提高了样品分析通量。本方法解决了SPR技术不易直接检测低浓度小分子的缺陷,具有方便、快捷、成本低等优点。

表面等离子体激元共振方法检测三聚氰胺的含量

基于三聚氰胺与DNA的反应,建立了一种利用表面等离子体激元共振技术检测三聚氰胺的方法。固定在芯片表面的NH2-A15捕获T15-biotin和链霉亲和素的混合溶液。当有三聚氰胺存在时,由于三聚氰胺可以与胸腺嘧啶(T)结合导致连接到芯片表面的T15-biotin和链霉亲和素减少,SPR信号与没有加入三聚氰胺时的信号值相比有所下降。因此,SPR信号的变化可反应三聚氰胺的浓度。该方法对三聚氰胺的最低检测浓度为0.32 n M,为检测牛奶中三聚氰胺的含量提供了可能。

生物表面化学及分子间相互作用研究——表面等离子体激元共振(SPR)在生物表面化学中的应用

SPR检测是一种光学技术,在生物表面化学及研究生物分子相互作用方面得到广泛应用。文章主要综述SPR对分子相互作用的研究现状,阐述与评价SPR在生物化学中的应用,并对其应用前景进行分析。

表面等离子体激元共振溶胶凝胶薄膜传感器

采用溶胶 凝胶金属氧化物半导体薄膜 ,作为表面等离子体激元共振效应的光化学传感器的传感介质。分析了金属Ag膜与传感薄膜的光学参数对传感器灵敏度的影响。通过在金属层与传感层之间优化设计中间层 ,进一步提高了传感器灵敏度。选择SnO2 薄膜及SiO2 薄膜作为传感层与中间层 ,对三种气体NH3、C2 H5 OH、C3H8进行气敏实验 ,结果表明结构优化的传感器具有更高的灵敏度。

金属纳米二聚体结构的局域表面等离子体激元共振特性研究

将金属纳米粒子二聚体结构作为光学谐振腔,采用时域有限差分(FDTD)法仿真模拟了一种新型局域表面等离子体激光器(SPASER)。使用洛伦兹复介电常数模型研究二聚体的增益介质特性,探讨了二聚体结构中两个纳米局域表面等离子体激元共振(LSPR)以及相互作用机制,进一步研究了LSPR相互作用对SPASER的局域场增强的影响。模拟结果表明,相比较单纳米颗粒SPASER,LSPR的相互作用使得二聚体SPASER的局域电场显著增强,增强因子最大可以相差27倍。本文研究为纳米光学器件尤其是激光器件的设计提供了依据。LSPR效应的研究可以用于探索一些光与物质相互作用的极限效应,从而为有源光子线路、生物传感以及量子信息处理等研究开辟道路。

基于F-P谐振与SPP共振的石墨烯双模吸波体设计

为了实现石墨烯的双模吸收,将石墨烯条带嵌入到缺陷光子晶体,采用严格耦合波法进行了仿真研究,并进行了关键参量的影响分析。发现由于Fabry-Pérot谐振和表面等离子激元共振的共同作用,系统在5.1537THz和5.1970THz处获得了两个完美吸收模式,此时结构阻抗等于自由空间阻抗。结果表明,电调谐石墨烯化学势不仅能够改变模式数目,还能够改变模式的耦合程度;当化学势为0.7eV时,两吸收模完全耦合;调节石墨烯条带的几何尺寸也能控制模式的耦合程度;当入射光偏离垂直入射时,模式数目直接受偏角大小的影响。该研究为太赫兹器件吸收谱的重构提供了思路。

基于SPR生物传感器的免疫学检测

利用一种全新的生物大分子相互作用检测仪表面等离子激元共振(SPR)生物传感器,对乙肝表面抗原、抗体,破伤风类毒素、抗体等生物制品进行生物特异性相互作用分析(BIA),并对其在免疫学检测上的特征进行了探讨。

SPR传感器光学参数的确定及应用

本文从菲涅尔公式出发,给出了SPR传感器中金属膜光学参数的确定方法。并以此为基础测定了水,乙醇,氯仿,甘油的折射率。

SPR体液微全分析系统的软件设计与实现

把计算机图像处理方法与传感检测和生化反应动力学相结合,编程实现一种基于SPR(surface plasmon resonance)技术的体液微全分析系统的软件设计方案。系统开发采用Visual C++6.0,图像采集应用程度接口采用VFW(Video for Windows)。并以Kretschmann结构的传感器为例,模拟实现不同介电常数的SPR曲线。在试验中软件和硬件系统相结合,有助于实时检测体液的特定成分及它的变化情况。通过实验,证实了软件的可行性。

光化学传感器及其最新进展

从传感器材料、检测方法及传感器结构几方面,围绕光化学传感器的灵敏度、选择性和稳定性展开讨论,总结了光化学传感器近年来的最新进展,并对其今后的发展方向做出展望。

纳米金放大SPR技术检测前列腺癌肿瘤标志物free PSA

表面等离子体激元共振(surface plasmon resonance,SPR)是一种基于芯片表面折射率变化的光学检测技术,具有快速、灵敏、免标记等优点,可实时在线地跟踪固液界面反应,在蛋白及核酸等生物分子检测方面具有广阔的应用前景。但是,传统的SPR检测方法难以检测低分子量、超低浓度的生物分子。纳米金具有密度大、介电常数大、良好的生物相容性等特点,因此,基于纳米金放大的SPR技术既可以保持生物分子的生物活性,又可以有效突破传统SPR中检测限的限制。游离前列腺特异性抗原(free prostate-specific antigenf,-PSA)是一种常用于前列腺癌早期诊断的标志物,但由于其在血清中的浓度非常低,给前列腺癌的早期诊断造成困难。本论文利用基于纳米金放大的SPR技术,设计竞争型免疫模式实现了f-PSA的超灵敏检测。

环糊精固载量不同的壳聚糖药物载体合成及性能

以乙二醇壳聚糖(GCS)为母体,通过控制交联反应条件,合成固载不同数量羧甲基β环糊精(CMβ-CD)的壳聚糖-环糊精结合物(GCSn-CMβ-CD).用核磁共振、浓硫酸-苯酚降解法等对结合物进行表征.以5-氟尿嘧啶为模型药物,用表面等离子体激元共振仪在线检测不同结合物与药物的作用.结果表明,不同结合物对药物的运载能力随环糊精数量的增加而增强,对药物的吸附规律符合Langmuir等温方程.为GCSn-CMβ-CD作为药物载体的进一步应用提供了依据.

SPR传感器阵列中微流通池的流场仿真

在自制表面等离子体激元共振(SPR)传感器阵列检测装置的微流通池的研制中,为了获得更好的检测精度和重复性,需要流经各检测点的流量尽可能一致。设计了几种不同的微流通池结构,并利用Comsol Multiphysics软件对其内部的流场进行仿真分析。首先,分析了常用梭状流通池的内部流场分布,并研究了不同长度过渡段对流场分布的影响。在此基础上,讨论了不同流通池形状,特别是流通池外形轮廓,如椭圆状流通池和边界流线型更好的流通池对流场分布的影响。此后,还研究了过渡区中微结构阵列设计对检测区流场分布的影响。仿真研究结果表明:适当延长过渡段长度,有利于改善流体流动的稳定性和均匀性,但这种改善将随长度的进一步增加逐渐减弱。而不同的边界外形轮廓对检测区域流场的影响不大;当采用一定的微结构阵列扰流设计后,流场均匀性一定程度上得到改善。

苯胺电聚合过程动力学的现场电化学SPR研究

将电化学与表面等离子体激元共振 (SPR)光谱技术结合起来 ,首次应用于研究金电极上聚苯胺 (PAn)的动力学增长过程。在PAn膜的形成过程中 ,发现SPR的动力学曲线随电位的变化而发生连续的振荡。这种电位调制的SPR动力学曲线的振荡归因于电极表面电子密度的变化。SPR动力学曲线的变化趋势表明 ,PAn膜的增长过程经历了 3个不同的动力学阶段。在膜增长的第 1阶段 ,膜增长速度与苯胺浓度的一次方和膜厚的平方根成正比。在膜增长的第 2阶段 ,由于三维增长、膜降解等因素 ,增长速度明显减小。在第 3阶段 ,膜的降解处于主要地位 ,PAn膜呈现负增长。不同电聚合方式具有不同的增长速度 。

高灵敏度LRSPR传感器结构的设计与仿真

提出一种新型周期型长程表面等离子体激元共振(LRSPR)传感结构,用于高灵敏度传感器的设计。周期型LRSPR结构通过遗传算法对灵敏度(SI)和半高全宽(FWHM) 2个代价成本完成仿真。从仿真的结果可得:设计的结构的SI和FWHM在40层结构下达到全局最优。相对于传统表面等离子体激元共振(SPR)结构,设计的结构具有更高的SI和更小的FWHM,为高SI的LRSPR传感检测的设计提供一种新的结构思路。

用于1550nm吸收增强的微纳阵列复合结构设计

为了增强通信系统中光电探测器件对波长为1550 nm的光的吸收,提出一种包含硅栅、纳米银球和缓冲层的微纳复合结构。借助金属表面等离子激元共振局域场增强效应,以及硅栅的陷光效应和耦合作用,可以提高复合微纳阵列结构对光的吸收。利用时域有限差分法计算仿真光经过填充银纳米球和氧化铝的硅栅复合微结构阵列后的光场分布,分析硅柱阵列占空比、硅柱边长、高度以及填充物等对吸收性能的影响。仿真结果表明,当硅栅等线或等间隔、硅柱边长为800~1000 nm、硅柱间隙内填充纳米银球的直径为间隙宽度的一半且铺满间隙底部并覆盖氧化铝时,复合结构的吸收率随着硅柱阵列周期和柱高的不同能够达到0.2288~0.5753,对波长为1550 nm的近红外光具有显著增强吸收的作用。