表面等离子体共振传感器灵敏度仿真研究

为深入研究SPR传感器的传感特性,进一步提高传感器的灵敏度,应用TFCale软件仿真研究表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,考察金属敏感膜及敏感膜厚度对SPR传感器灵敏度的影响。仿真结果表明,当金属膜为Ag膜、厚度为60nm时,传感器灵敏度最高。应用MATLAB软件对表面等离子体共振传感器的主要灵敏度指标进行仿真研究,考察了不同的外界介质折射率和棱镜折射率对灵敏度的影响,仿真得出当棱镜折射率一定时,SPR传感器灵敏度与外界介质折射率之间的变化规律,为提高表面等离子体共振传感器的灵敏度提供了理论依据。     

表面等离子体共振理论仿真研究

为了掌握影响激发表面等离子体共振(SPR)现象的因素,文中以薄膜光学理论为基础,利用Winspall软件模拟研究Kretschman结构下,金膜厚度、待测介质折射率以及三棱镜类型对表面等离子体共振吸收峰位变化的影响,得出了最佳膜厚以及影响激发SPR现象的棱镜折射率和待测物质折射率随共振角度变化的规律,为SPR传感器的设...     

SPR生物传感技术的研究进展与应用

由于具有实时、免标记、高灵敏度等优点,表面等离体子共振(surface plasmon resonance,SPR)技术被广泛应用于生物分子相互作用的研究分析。在SPR能够检测的分子量范围内,基本所有的具有特异性反应的生物分子都可以被SPR生物传感器检测。因此,SPR技术越来越展示出其重要的应用价值,成为近几年来研究的热点。本文重点从原理、技术改进以及应用等三个角度对SPR技术进行阐述,并从技术改进方面重点介绍了SPR技术的两个发展:表面等离子体子共振成像(SPRi)技术与局域表面等离子体子技术(LSPR)。     

基于Au-Ag复合膜的光纤表面等离子体共振传感器理论仿真研究

为增强基于Ag膜光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的抗氧化能力,可将Au膜镀于Ag膜表面。利用TFCalc软件对不同厚度Ag膜和Au-Ag复合膜的光纤SPR传感特性进行理论仿真研究。仿真结果表明:光纤SPR吸收峰显著依赖于Ag膜厚度,当Ag膜厚度由40nm逐渐增加到80nm时,共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小,且共振波长随Ag膜厚度的增大而减小,共振波长变化范围较小,仅为7nm左右;Au膜的引入对共振吸收峰反射率影响不大,不同厚度Au-Ag复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而增大。     

基于红外波长的新型传感器设计与计算分析

为了进一步优化表面等离子共振(SPR)传感器响应速度、动态范围等参数,文中采用单色极化光源通过导电衍射光栅,设计一种新型的折射率变化在100 nm/RIV(refractive index unif)量级变化的SPR传感器。分析了SPR共振的原理和传播损耗问题,通过湿度传感应用得出:器件的有效折射率随湿度变化时,反射光谱的共振角就会产生变化,共振角与薄膜折射率基本呈线性关系。对SPR的进一步推广应用具有参考作用。     

阶跃折射率多模光纤包层等离子体共振传感器

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器通常以纤芯为共振基底,需要采用腐蚀、侧抛、研磨等复杂的加工工艺将光纤包层去除,存在倏逝波不易泄露,传感探针制作困难的问题。本文提出一种以光纤包层为SPR共振基底的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器。采用单模光纤与阶跃折射率多模光纤偏芯熔接结构,将单模光纤纤芯中的光直接注入多模光纤包层,并在阶跃折射率多模光纤包层外镀50nm金膜。在探针传感段,光场能量全部分布在阶跃折射率多模光纤包层中,发生SPR效应充分。与传统光纤包层SPR传感结构相比,该传感器能够获得更深的共振谷,折射率测量范围为1.333～1.385RIU时,传感器的平均灵敏度可达2 307nm/RIU,本文亦对传感段多模光纤纤芯直径与长度不同参数的影响进行了探究。本文提出的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器制作简单,有效解决了光纤包层与空气界面不易获得倏逝波的问题。     

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。     

表面等离子体子共振传感器Ⅲ：应用和进展

讨论了表面等离子体子共振（SPR）传感器实际应用的理论依据;评述了SPR传感器技术的应用现状,特别是在生物科学和生命科学领域中的应用;介绍了提高SPR传感器灵敏度的一些新进展。     

基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究

以等离子共振效应为基础,对等离子共振以及光纤传感的结构细节进行阐述,利用MATLAB软件模拟研究金属膜复介电常数虚部及实部、金属膜层厚度、光纤纤芯折射率、环境介质折射率对光纤表面等离子体共振反射谱性质的影响,对这些参数在性能特点上进行分别讨论,最后,在研究影响激发SPR现象因素和反射谱随性能参数变化规律的基础上,讨论了光纤SPR传感器波长调制型测量方法的可行性。从而为进一步提高表面等离子体共振传感器的灵敏度和检测精度以及光纤传感系统的优化设计提供理论指导。     

光纤表面等离子体共振传感器理论仿真研究

为了考查光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,基于单层膜表面Snell反射公式,利用MatLab软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,系统考查金膜厚度、待测介质介电常数以及入射到纤芯—金膜界面的入射角对反射光谱特性的影响.仿真结果表明:光纤SPR的共振波长随金膜厚度的增大而增大,随外界介质介电...     

A two-dimensional polarization interferometry based parallel scan angular surface plasmon resonance biosensor

We describe a two-dimensional polarization interferometry based parallel scan angular surface plasmon resonance (SPR) biosensing technique. The method of line-shaped light illumination and parallel scan offers a high throughput. The simultaneous record of SPR angular spectrum enables the system to be unaffected by the time-dependent variation of the light source. The polarization interferometry technique lowers the minimum of the SPR dip and thereby reduces the noise related to the light intensity. Refractive index resolutions of 1.4 × 10(-6) refractive index unit (RIU) under normal condition and 4.6 × 10(-7) RIU under a more time-consuming condition are achieved in our angle interrogation based sensor. Meanwhile, a manually prepared DNA microarray has been detected, showing the potential applications of this technique in microarray analysis.     

多通道SPR影像传感器及其对生物分子的检测

采用多通道SPR影像传感系统结构,通过不同通道之间的比较,提取待测分子与探针分子之间相互作用所引起的特异性响应,实现了对生物分子相互作用的实时、高精度、动态检测。该传感系统的光路设计使得入射光可以在可能发生共振的角度范围内以不同角度同时照射各个通道,通过SPR影像可以同时检测不同角度入射光线的反射光强。这样,各通道共振角的分布可以方便地实时监测,同时避免了非特异性响应和机械调节带来的误差和不便。     

Binding behavior of CRP and anti-CRP antibody analyzed with SPR and AFM measurement

Atomic force microscope (AFM) was exploited to take picture of the molecular topology of C-reactive protein (CRP) in phosphate-buffered saline (PBS) solution. An explicit molecular image of CRP demonstrated a pentagonal structure composed of five subunits. Dimensions of the doughnut-shaped CRP molecule measured by AFM were about 25nm in outside diameter and 10nm in central pore diameter, and the height of CRP molecule was about 4nm which was comparable to the value determined by X-ray crystallography. Bis(N-succinimido)-11,11'-dithiobis (undecyl succinate) (DSNHS) was synthesized for use as a linker for immobilizing anti-CRP antibody (anti-CRP) onto the gold surface of a surface plasmon resonance (SPR) sensor chip. DSNHS formed self-assembled monolayer (SAM) on the gold surface. By use of an AFM tip, a pattern of ditch was engraved within the SAM of DSNHS, and anti-CRP was immobilized on the engraved SAM through replacement of N-hydroxysuccinimide group on the outside surface of DSNHS by the amine group of anti-CRP. Formation of CRP/anti-CRP complex on the gold surface of SPR sensor chip was clearly demonstrated by measuring SPR angle shift. A consecutive series of SAM, SAM/anti-CRP, and SAM/anti-CRP/CRP complexes was generated on a SPR sensor chip, and the changes in depth of the ditch were monitored by taking AFM images of the complexes. Comparative analysis of the depth differences indicates that binding of CRP to anti-CRP occurs in a planar mode.     

多方向金属光栅偏振器及在偏振导航中的应用

在同一聚碳酸酯基底上制作了6个不同方向的双层金属光栅偏振器,用于消除分立器件带来的安装误差。将该偏振器应用于偏振导航传感器上并进行了测角精度测试,基于神经网络法研究了角度测量的误差补偿方法。首先,基于严格耦合波理论设计了一种亚波长双层金属光栅偏振器,分析了它的周期和金属厚度对偏振器性能的影响,其在510nm波长入射时TM偏振光透射率高于71%,消光比大于2 100。应用纳米压印技术在聚碳酸酯基底上加工制作了设计的偏振器,其基底上设有6块结构参数相同但朝向不同的双层金属光栅结构。将此偏振器安装在偏振导航传感器上并在测试平台上测试了测角精度,测试的原始误差在±1°以内;经BP神经网络法误差补偿后,测角误差在±0.2°以内。得到的结果可较好地满足偏振导航的要求。     

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。     

SPR谱仪的研制及在磁光复合薄膜测试中的应用

针对SPR增强磁光效应研究中复合金属薄膜结构的SPR激发测试,研制了一套角度扫描型SPR谱仪。通过巧妙的结构设计和运动控制,使得角度扫描过程中样品测试点始终处于棱镜底面样品基片的中心,保证了测试过程的一致性。对50nm金膜的重复性测验表明SPR谱仪具有较高的重复性和稳定度。利用搭建的SPR谱仪对磁光复合薄膜的测试结果表明,在制备的样品中,Au(15nm)/Co(5/10nm)/Au(5nm)复合结构是磁光等离子体系研究的最佳平台。     

SPR传感技术的发展与应用

SPR传感器已经成为检测、分析生物分子相互作用的有效工具.有些国家已经生产出商业化的SPR传感系统.对SPR生物传感器的研究现状、工作原理、技术参数与分类进行了详细描述,并对SPR生物传感器在生物分子检测领域的应用和SPR传感技术的研究发展前景进行了讨论.     

分布式棱镜SPR传感器

SPR传感器的研究与应用进展迅速，尤其在生命科学、化学、环保等领域已经成为一种很重要的研究工具和手段。尽管棱镜SPR传感器关于角度谱的理论计算比较成熟，但是波长谱的计算尚未产生完整的理论计算体系。提出一种新的基于波长谱的分析方法，分析了调制层折射率和厚度对传感器输出特性的影响，并且根据该关系提出了分布式SPR传感器的设计方法。与传统的SPR传感器相比，该传感器大大降低了成本，其原理也可以很容易地移植到分布式光纤SPR传感器的设计中。首先介绍了原理，其次进行了基于波长谱分析的理论计算，最后给出了一种实用的设计方案及模拟结果。     

Experimental method of fabrication of a matched metal–dielectric structure for a sensor based on the effect of frustrated total internal reflection

An experimental method of fabrication of a sensor based on a metal–dielectric structure (Al + ZnS) and optimization of its characteristics is described. The coefficient of light reflection (p-polarization) from the aluminum layer is studied as a function of the layer thickness for different angles of incidence at the wavelength of 532 nm. Based on calculations, which are qualitatively consistent with experimental results, a structure consisting of matched layers of aluminum and zinc sulfide is fabricated; this structure has a higher angular resolution than the aluminum film with no dielectric coating. The detection limit of angular measurements by the sensor based on this structure is estimated as 2.6 · 10^-5 RIU (refraction index units).