表面等离子共振生物传感器技术及其在样品检测中的应用

表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）是一种入射光照引起金属表面产生等离子体共振而导致反射光强衰减的现象,反射光衰减程度与入射光波长、入射角及金属表面物质的折射率相关。根据这原理研究制的表面等离子共振光生物传感器,在检测、分析分子间的反应作用等方面有着广泛的应用前景。本文对表面等离子共振传感器的工作原理、技术参数、检测方法进行了详细的介绍,并用HPSPR-6000型表面等离子共振分析仪对鸡精、糖水及盐水的浓度进行了检测分析。     

表面等离子共振生物传感器技术及在生命研究中的应用

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）是一种入射光照射引起金属表面产生等离子体共振而导致反射光衰减的现象,反射光衰减程度与入射角和金属表面物质质量相关。根据这一原理研制的表面等离子体传感器,在检测、分析生物分子问的相互作用等方面有广泛的应用前景。本文对表面等离子共振生物传感器的工作原理、技术参数、检测方法进行了详细介绍,同时介绍了表面等离子共振技术在免疫检测、药物代谢及其蛋白质动力学等生命研究中的应用。     

表面等离子谐振(SPR)生化分析仪的研制与发展

表面等离子谐振（Surface Plasmon Resonance，SPR）生化分析仪是一种基于物理光学原理的新型生化分析系统。近年来SPR传感技术受到重点研究和发展，高通量、高灵敏度、小型化是其发展趋势。SPR生化分析仪在国外已经商品化。国内中国科学院电子学研究所研制成功具有自主知识产权的一系列SPR生化分析仪，其主要技术指标达到或优于国际上同类设备的先进水平，已在很多研究领域中应用。     

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。     

表面等离子体共振快速检测仪研究及产品化探索

表面等离子体（Surface Plasmon,SP）是指在金属表面存在的自由振动的电子与光子相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波。本文根据表面等离子体共振技术的发展,对该技术进行研究,介绍基本原理,分析了SPR共振检测系统的光学、生化、数据处理等系统,介绍该技术的实验装置结构,对得到的结果进行分析及对该技术实现仪器产品进一步探索。     

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。     

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。     

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

波长SPR（表面等离子体共振）分析仪的分辨率主要取决于仪器的灵敏度和噪声水平决定的波长分辨率两部分,但高波长分辨率的光谱仪往往以牺牲波长探测范围为代价。因此,为了在保证波长SPR分析仪的动态范围的同时,提高其分辨率,降低波长SPR分析仪噪声的影响,分析了分析仪的噪声来源：与光强有关的光源本身产生的噪声和入射光光子噪声;与光强无关的信号后处理电路、温度等引起的噪声两部分噪声对SPR分析仪探测力的影响。以波长SPR分析仪的信噪比为目标,对波长SPR的数据处理进行了优化。其优化结果：最佳的处理曲线部分为SPR信号最强波长所对应的反射系数R1与信噪比最大波长所对应的反射系数R2之间前半部分的SPR曲线。基于这段最佳的处理曲线,提出了一种部分质心法的数据处理算法。实验结果表明,经优化后波长SPR分析仪,其分辨率提高了将近10倍,动态范围扩大了2倍,采用此种算法测得的折射率在1.3325-1.3600甘油溶液的线性相关系数大于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。     

小型便携化SPR生物传感系统的研制与应用

针对目前SPR（表面等离子共振,Surface Plasmon Resonance）检测仪器应用广泛,而商品化的仪器及耗材价格过于昂贵的现状,自行设计了一套SPR生物传感系统,该传感系统通过错位平行四边形光路设计,简化了系统结构,降低了仪器的成本,实现了仪器的小型化,便携化,提高了传感系统的检测范围,保证了单一样本的检测精度。利用该检测系统检测葡萄糖溶液和抗原抗体反应,并比较分析了动静态时的光强变化趋势,建立了各自的浓度标准曲线。结果表明：该传感系统能够有效地分析芯片表面介质特性改变所引起的变化,具有良好的精度、稳定性和灵敏度。     

基于红外光谱傅里叶变换的SPR分析技术

本文介绍了一种新的表面等离子共振(SPR)检测方法,该方法基于红外光谱傅里叶变换技术(FTIR),不同于常规的SPR检测方式,其工作于较宽的红外光谱带上.本文给出了FTIR-SPR的仪器结构图,并详细叙述了FTIR最主要的部分即迈克耳逊干涉仪的工作原理.本文还给出了光学傅里叶变换的数学公式以及物理学解释.在此波段上的SPR具有一些新特性,例如SPR信号很窄,从而角度分辨率很高,以及更深的消逝波探针深度.这将有助于细胞生理、膜生长等相关的生物工程学、生物物理学研究,并且硅在该范围内具有可穿透性,因此有可能实现SPR传感器的微型化.     

高灵敏度获取SPR生物传感器的信息

获得高灵敏度的生物信息是SPR生物传感器扩展其应用的重要保证。它涉及生物传感芯片、光路、信号采集以及信号处理,其中生物传感芯片、信号获取和数据处理是实现高灵敏度获取的3个主要因素。本文通过对空间相位调制微阵列检测系统和微阵列光强检测系统的分析,得到了信号获取系统可以达到的灵敏度;同时,还分析了信号获取系统的传感单元对灵敏度的影响,提出了合理选择和设计信号获取系统的措施。研究结果表明,相位检测的灵敏度和分辨率要明显高于光强检测,光强检测的灵敏度能达到10^-4RIU,相位检测的灵敏度可达到10^-6RIU。     

角度指示型表面等离子共振传感器的研究

表面等离子体共振(SPR)技术被广泛应用于生物化学传感、药物分析和环境监测等领域。现基于表面等离子共振原理,在固定入射光波长为632.8nm的He-Ne激光入射下,采用镀有50nm银膜的Kretschmann棱镜型结构作为耦合器件,实现角度指示型SPR传感器对纯净水和酒精水溶液的检测。实验结果发现该SPR传感器具有较好的稳定性,其角度灵敏度达到219°/RIU。     

便携式SPR生化传感系统的研究

为了满足环境监测等多种场合的需要，设计了一种新型便携式表面等离子体谐振（Surface Plasmon Resonance，SPR）生化传感系统。系统包括驱动流通单元、SPR传感器单元和控制处理单元。驱动流通单元实现了两种样品自动进样检测；SPR传感器采用固定光路的结构，缩小了系统的体积；控制处理单元采用USB2.0接口芯片EZ-USB FX2系列作为数据传输的核心芯片，外接CPLD、RAM和高速AD，大大提高了系统的测量精度和灵敏度。     

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)。     

基于表面等离子体共振技术油水持率传感器的实验研究

为研究表面等离子体共振技术在油井产液剖面持率参数测试方面的潜在应用,采用磁控溅射方法在三棱镜底面沉积不同厚度的金膜,制作Kretschman型表面等离子共振传感元件,对不同体积浓度的油水折射率进行测定。实验结果表明,对于折射率相同的三棱镜,沉积的金膜厚度越大,共振吸收峰越弱。表面等离子体共振峰位对不同体积浓度的油水介质很敏感,介质体积浓度由低到高变大时,表面等离子体共振吸收峰向右平移,共振角逐渐增大。实验表明,表面等离子体共振传感测试技术对不同浓度油水介质的折射率变化非常敏感,能够用其进行流体持率的测量。     

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。     

Optical characterization of elastohydrodynamic lubricated (EHL) contacts using surface plasmon resonance (SPR) effect

In this paper we report a novel optical technique based on the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon for studying elastohydrodynamic lubricated (EHL) dimple. While it is well known that the refractive index (RI) variation in the lubricant may provide direct information on the pressure distribution inside a highly pressurized EHL dimple, one can obtain the pressure in the spectral SPR absorption curve, which corresponds to a unique color complexion in the SPR image.We have performed experiments to compare our SPR imaging technique with the one based on conventional optical interferometry. The new SPR technique provides an improvement of over 180 times in measurement accuracy. More importantly, SPR measures the RI directly and does not require any information on the lubricant film thickness. In light of these advantages, the SPR detection approach reported herein should be an attractive technique for studying EHL contacts.