基于金银合金薄膜的波长检测型表面等离子体共振传感器

从实验和理论两方面详细研究了金银合金膜表面等离子体共振（SPR）传感器在可见光波段的敏感特性. 实验方面,通过在玻璃基底上溅射50 nm厚的金银合金薄膜制备了一种新型的SPR传感芯片,并且自行搭建了基于Kretschmann 结构的波长检测型SPR传感器测试平台. 利用不同浓度的氯化钠（NaCl）水溶液和浓度为10 μmol·L^-1的牛血清蛋白（BSA）水溶液分别作为折射率样品和分子吸附样品,研究了传感器的折射率灵敏度和吸附灵敏度,并与金膜和银膜SPR传感器进行了对比研究. 结果表明,对于折射率灵敏度的测试,金银合金膜SPR传感器大幅高于金膜SPR传感器,略低于银膜SPR传感器;而对于吸附敏感的研究,金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器相近,是金膜SPR传感器的3倍. 理论方面,利用菲涅尔公式和等效折射率计算公式仿真计算了这三种薄膜结构的SPR传感器的灵敏度和精确度,结果指出金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器接近,是常规金膜SPR传感器的2.31倍,而半高峰宽仅为金膜和银膜SPR传感器的1.36 倍. 在稳定性方面,金银合金膜SPR传感器与金膜SPR传感器均具有良好的化学稳定性,而银膜SPR传感器较易氧化,使用寿命低,不常被采用. 综上,金银合金膜在改善传感器灵敏度的同时,不会降低精度,是一种高灵敏、低成本、良好稳定性的SPR传感器敏感材料.     

基于金银合金薄膜的波长检测型表面等离子体共振传感器

从实验和理论两方面详细研究了金银合金膜表面等离子体共振(SPR)传感器在可见光波段的敏感特性.实验方面,通过在玻璃基底上溅射50 nm厚的金银合金薄膜制备了一种新型的SPR传感芯片,并且自行搭建了基于Kretschmann结构的波长检测型SPR传感器测试平台.利用不同浓度的氯化钠(NaCl)水溶液和浓度为10μmol·L-1的牛血清蛋白(BSA)水溶液分别作为折射率样品和分子吸附样品,研究了传感器的折射率灵敏度和吸附灵敏度,并与金膜和银膜SPR传感器进行了对比研究.结果表明,对于折射率灵敏度的测试,金银合金膜SPR传感器大幅高于金膜SPR传感器,略低于银膜SPR传感器;而对于吸附敏感的研究,金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器相近,是金膜SPR传感器的3倍.理论方面,利用菲涅尔公式和等效折射率计算公式仿真计算了这三种薄膜结构的SPR传感器的灵敏度和精确度,结果指出金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器接近,是常规金膜SPR传感器的2.31倍,而半高峰宽仅为金膜和银膜SPR传感器的1.36倍.在稳定性方面,金银合金膜SPR传感器与金膜SPR传感器均具有良好的化学稳定性,而银膜SPR传感器较易氧化,使用寿命低,不常被采用.综上,金银合金膜在改善传感器灵敏度的同时,不会降低精度,是一种高灵敏、低成本、良好稳定性的SPR传感器敏感材料.     

介孔SiO2薄膜增敏SERS基底在消逝波激励下的特性表征

采用溶胶-凝胶分子模板法在50 nm 厚金膜表面制备约40 nm 厚介孔二氧化硅(MPS)薄膜, 然后在MPS薄膜表面静电自组装金纳米粒子(GNP)单层膜, 形成的多层膜结构用作表面增强拉曼散射(SERS)基底.利用扫描电镜观测到MPS薄膜具有表面开口多孔结构, 有助于小分子向薄膜内快速扩散. 基于时域有限差分(FDTD)方法对电场分布的仿真结果指出, 在表面等离子体共振(SPR)条件下分布于金膜与GNP之间的消逝场显著增强. 由于空间重叠, 该增强场能够高效激发MPS内富集的小分子拉曼信号, 产生的拉曼信号还可免受金属作用的干扰. 利用Kretschmann 结构和尼罗蓝(NB)拉曼活性分子测试了Au/MPS/GNP基底在785 nm激发波长下的SERS效果, 并与Au/GNP基底进行了比较. 结果表明, 在SPR条件下, Au/MPS/GNP基底能够导致较强的定向和背向拉曼信号, 而且在586 cm^-1处的背向拉曼信号强度是Au/GNP基底的40 倍, 这归功于MPS薄膜. 进一步测试表明背向拉曼信号强度与NB浓度成正相关. 这意味着Au/MPS/GNP基底具有良好的半定量检测本领.     

介孔C/SiO2粉体的制备及对阳离子型染料的吸附

采用吸附法处理染料废水需要合适的吸附剂。利用溶剂蒸发自组装法,以甲阶酚醛树脂为碳源、介孔SiO2粉体为载体制备介孔C/SiO2粉体,表征所制C/SiO2粉体的结构,研究C/SiO2粉体对阳离子型染料亚甲基蓝和阳离子红X-GRL的吸附性能,并与相同条件下制备的非负载的多孔C粉体以及介孔SiO2载体进行比较。结果表明,介孔C/SiO2粉体的孔窗口为11~18 nm,比表面积为303 m2.g-1,比孔容为1.11 cm3.g-1;C/SiO2粉体对这两种染料吸附量均高于C粉体和SiO2载体;在pH≤10的范围内,吸附量随pH值增大而显著提高。     

纳米多孔金薄膜的表面等离子体共振传感特性

对淀积在玻璃衬底上厚度约60 nm的金银合金溅射薄膜进行硝酸腐蚀脱银处理, 得到纳米多孔金薄膜. 利用自建的波长检测型表面等离子体共振(SPR)传感装置研究了腐蚀时间对纳米多孔金薄膜SPR特性的影响, 结果发现纳米多孔金薄膜与水溶液接触后在400-900 nm光谱范围内不具有SPR效应, 而当薄膜置于空气中时会产生明显的传播等离子体共振吸收峰, 其共振波长随腐蚀时间增加逐渐红移. 纳米多孔金薄膜在空气气氛中的SPR效应使其能够用于原位监测气相分子在孔内的吸附, 还可对在液相中吸附的生化分子进行离位测试. 本文对L-谷胱甘肽、L-半胱氨酸、2-氨基乙硫醇三种含巯基的生化小分子在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了离位分析, 结果表明与传统的致密金薄膜SPR芯片比较, 纳米多孔金薄膜对这些分子显示出更高的灵敏度和更低的检测下限, 这归功于多孔金的大比表面积使其能够吸附大量的生化小分子. 实验还对乙醇蒸气在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了原位监测, 发现吸附平衡所用时间较长, 约为160 min.     

四乙烯五胺修饰介孔硅胶吸附CO2性能的研究

采用浸渍法将四乙烯五胺(TEPA)负载到介孔硅胶(SG)上,制备了一系列胺功能化的CO₂吸附材料(TEPA-SG).利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和N₂吸脱附等分析方法对样品进行了表征,并在固定床反应器中考察了TEPA负载量、吸附温度对CO₂吸附性能的影响,同时通过添加不同质量分数的聚乙二醇(PEG)考察了羟基对吸附性能及再生性能的促进作用.结果表明,当TEPA负载量为40%(质量分数)、吸附温度为70 ℃时,TEPA-SG的吸附量高达2.21 mmol/g;PEG的加入改变了氨基与CO₂的相互作用机理,当TEPA与PEG的质量比为3:1,总负载量为40%时,CO₂的吸附量为2.70 mmol/g,且经过10次吸脱附循环实验后,CO₂吸附量仍保持在2.66 mmol/g,表现出较好的循环稳定性.Clausius-Clapeyron方程计算得该过程的等量吸附热为30~40 kJ/mol,且随吸附量的增大等量吸附热逐渐减小,表明TEPA30/PEG10-SG吸附剂表面存在能量不均匀性.     

两种形貌的介孔SiO2对纤维素内切酶吸附性能的研究

以EDTA2-、SO42-作为反离子分别合成了具有管状和圆盘状结构的介孔SiO2,并测定了2种介孔SiO2焙烧至不同温度时的表面积、孔体积参数,及其等电点;通过752分光光度计在550nm处测定纤维素内切酶的吸光度,研究了2种形貌的介孔SiO2对纤维素内切酶的吸附性能,同时测定了固定酶的活性。结果表明,管状和圆盘状结构的介孔SiO2对纤维素内切酶的吸附等温线分别为Ⅱ和Ⅰ型;介孔SiO2焙烧至700℃时,两者皆为Ⅱ型;至850℃时,前者转化为Ⅰ型,而后者转化为Ⅴ型。吸附等温线类型与介孔SiO2的结构、等电点以及酶分子尺寸与介孔尺寸的相匹配有关。酶经过介孔SiO2吸附固定后,稳定性明显提高;其中,管状结构的介孔SiO2对酶具有最大的负载量,但固定酶的活性却较低。     

介孔SiO2的改性及对诺维信漆酶的交联固定化

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,四乙氧基硅烷(正硅酸乙酯,TEOS)为硅源,硝酸为催化剂来制备介孔SiO2,并采用后嫁接法对介孔SiO2进行氨基化改性。利用红外光谱(IR),X射线粉末衍射(XRD),差热-热重分析(DTA-TG),扫描电镜(SEM),元素分析,微电泳法及N2吸附-脱附方法对改性前后的产物进行表征。结果表明氨基已成功嫁接到介孔SiO2孔道中,改性后的介孔SiO2有序度有所下降,但仍为介孔材料;改性之后介孔材料的孔径、比表面积、孔体积均变小。等电点由原来的2.74变为4.75。本文还以氨基修饰的介孔SiO2为载体,通过交联剂戊二醛固定诺维信(Novozymes)工业级漆酶,并采用正交设计法对固定化条件进行了优化。研究表明漆酶经固定化后,其操作稳定性比游离酶高。     

纳米TiO2介孔薄膜的模板组装制备研究

以TiCl₄为无机前驱体、三嵌段高分子共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀为模板剂，在非水条件下制备了有序的锐钛矿TiO₂纳米晶介孔薄膜。通过热重-差热（TG-DTA）分析、X射线衍射（XRD）分析、原子力显微观察（AFM）及N₂吸附-脱附等测试对样品进行了表征。结果表明，薄膜具有均一的大介孔孔径（～10 nm），其BET比表面积为150 m²·g^-1，薄膜较宽的无机壁厚显著提高了介孔结构的热稳定性。通过红外（IR）光谱分析考察了溶胶-凝胶过程中发生的物理化学变化。在对薄膜表面形貌进行AFM观察的基础上初步探讨了嵌段共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀对薄膜孔结构形成的导向机理。     

表面等离子体子共振技术实时研究蛋白质在修饰表面的静电吸附行为

研究蛋白质在固相表面的静电吸附特性,进而控制蛋白质在修饰表面的静电吸附尤为重要,表面等离子体子共振可以检测金属表面吸附物质厚度和折射率的变化^[1]。这种技术已在研究生物分子相互作用^[2]和考察自组装单层的形成^[3]及蛋白质在固体表面吸附行为^[9-11]等方面得到广泛的应用。对蛋白质在固体表面吸附行为的研究多为考察不同的蛋白质在不同的修饰表面的吸附行为。然而,对蛋白质在修饰表面静电吸附的本质影响因素的研究却少有报道^[4]。本文使用表面等离子体子共振技术实时研究了蛋白质在甲羧基化葡聚糖修饰表面的静电吸附与溶液pH值及离子强度的依赖关系。     

Label-free Detection of Biotin Using Nanoporous TiO2/DNA Thin-film Coated Wavelength Interrogated Surface Plasmon Resonance Sensors

The sensing sensitivity of the wavelength interrogated surface plasmon resonance（WISPR） biosensor could be improved by self-assembly of nanoporous thin-film of TiO2 nanoparticles/DNA（TiO2/DNA）n（n is the number of bilayer） on wavelength interrogated surface plasmon resonance（WISPR） chips.The growth behavior and surface structure of the nanoporous thin-film were investigated by UV-Vis spectroscopy and scanning electron microscopy,respectively.The home-made WISPR sensor with Krestchmann configuration consisted of a tungsten-halogen lamp as a photon source and a CCD camera as the detector.After the deposition of （DNA/TiO2）n thin film on WISPR chips,the resonance peak of the reflection spectra appeared in air.With the increases of n,the resonance wavelength gradually red shifted,which is consistent with the simulated results.After the optimization of the porous film,the WISPR biosensor was utilized to detect low-molecular-weight analytes,such as biotin.The result demonstrates that the sensitivity of [poly（styrene sulfonate）/polyally lamine hydrochlorides]5（PSS/PAH）5 could be 4 times higher than that of polyelectrolyte multilayer modified WISPR sensor.     

Studies on Surface Plasmon Resonance Sensors in Optical Immunosensing

A novel optical biochemical sensor based on surface plasmon resonance (SPR) has been developed for immunosensing. The new device is a relatively simple and inexpensive one designed on the basis of fixing angle of incidence and scanning wavelength in the range of 400-800 nm. While the BIAcore SPR sensing method is to fix wavelength and modulate angle of incidence light, which need an expensive and complicated apparatus.     

小型波长检测型表面等离子体共振分析仪的设计与研制

小型波长检测型表面等离子体共振(SPR)分析仪采用固定光的入射角,监测共振波长变化的测量模式,可进行多波长同时测量.设计并组装了SPR分析仪中的微型光纤光谱仪,采用光导纤维输入被测光,固定全息衍射光栅分光,线阵CCD光电传感器检测,可检测的波长范围是500～900 nm,分辨率0.23 nm.自行编制了控制传感器数据采...     

表面等离子体共振传感器在癌症早期诊断中的应用

表面等离子体共振传感器作为一种新型光学传感器, 在疾病诊断领域展现出日益广泛的应用性. 借助于纳米材料研究的最新进展, 该传感技术可实现浓度极低生物标记物的有效检测. 我们针对表面等离子体传感器在癌症早期诊断中的应用, 介绍了最新研究进展、重要发现及未来的发展前景.     

波长检测型表面等离子体子共振生物传感器测定β-环糊精与血清白蛋白的相互作用

采用自行组装的表面等离子体子共振(SPR)传感装置, 固定入射角, 以波长为变量, 以电荷耦合器件(CCD)为检测系统, 用对金和蛋白质均有较强作用的巯基丙酸作为基底膜, 分别监测了β-环糊精(CD)与人血清白蛋白(HSA)、牛血清白蛋白(BSA)反应的动力学过程, 并分别计算了它们的动力学常数、热力学常数及键合百分率. 此外, 对传感器的再生性也进行了研究. 结果表明, β-CD与HSA, BSA相互作用的平衡常数分别是7.79和51.00 μmol/L, 且键合百分率都很高, 分别是98.77%和94.25%. 这些结果有力地说明了β-CD作为药物载体, 可以提高生物利用度, 延长药物半衰期.     

表面等离子体共振生物传感器研究人参皂甙与血清白蛋白的相互作用

To use a newly developed wavelength modulation surface plasmon resonance （SPR） biosensor, an experimental protocol was developed to investigate the interaction of ginsenosides with serum albumin. With a known concentration of the ginsenosides, bound percentages of the ginsenosides with human serum albumin （HSA） or bovine serum albumin （BSA） were obtained. SPR technique could require no labeling and this method provided the detailed information on association and disassociation of molecules in real time. The results indicate that the sensitivity of wavelength modulation SPR biosensor is sufficient for detection and characterization of binding events involving low-molecular weight compounds and their immobilized protein targets.     

Kinetic Analysis of the Interaction between Nonsteroidal Anti-inflammatory Drugs and Cyclooxygenase-2Using Wavelength Modulation Surface Plasmon Resonance

A surface plasmon resonance (SPR) biosensor based on wavelength modulation technology was developed and validated for the kinetic analysis of the interactions between two nonsteroidal anti‐inflammatory drugs (NSAIDs) and cyclooxygenase‐2 (COX‐2). After the effect of different concentration COX‐2 on the binding capacity of the SPR biosensor surface was studied, the COX‐2 was immobilized covalently onto the biosensor surface using a standard amine coupling method. The affinity constants for indomethacin, ketoprofen binding to COX‐2 are 7.5×10³ L/mol and 9.25×10³ L/mol, respectively. The biosensor surface can be regenerated after being rinsed with 0.01 mol/L NaOH, and the biosensor can be used repeatedly. These indicated that the wavelength modulation SPR biosensor has the potential application in the fields of pharmacokinetics, pharmacodynamics and drug discovery.     

具有表面等离子体效应的Ag-AgBr/Al2O3光催化性能研究

以介孔γ-Al2O3为载体,通过化学沉积与光还原法制备了Ag-AgBr/Al2O3等离子体诱导可见光催化材料。采用SEM、TEM、XRD及UV-Vis吸收光谱对复合材料进行结构与性能表征,并通过降解亚甲基蓝溶液对其光催化性能进行考察。研究结果表明,在可见光下照射1 h,催化材料对5 mg/L亚甲基蓝溶液的降解率达95%以上,总有机碳去除率为70%。由于表面金属的等离子体共振效应和介孔材料的吸附性能,催化剂具有很高的可见光催化活性和良好的稳定性,在开发新型等离子体诱导可见光催化剂方面应用前景广阔。     

微流控芯片在表面等离子体共振生物传感器中的应用

作为众所周知的生物传感器技术,表面等离子体共振（SurfacePlasmonResonance,SPR）正在被越来越普遍地用于实现各种生物化学检测方法,特别是用途广泛的固相表面生物检测（Sol—id—PhaseBioassay）。SPR对样品进行非标记检测,能够用于测量生物化学反应全过程的反应动力学。为了提高SPR的检测效率,通常将微流控技术（Microfluidics）与SPR相结合,即在SPR生物传感器中使用微流控芯片（MicrofluidicChip）作为反应装置。基于微型化带来的优势,使用微流控芯片作为反应装置可以有效地缩短生物化学检测方法的反应时间,并减少样品消耗。微流控芯片还可以平行排布相同的结构单元,提高SPR生物传感器的检测通量。因此,使用微流控芯片作为反应装置是SPR生物传感器,特别是商品化的SPR生物传感器的发展趋势。