纳米金表面修饰与表面等离子体共振传感器的相互作用研究

为了分析纳米金表面修饰对表面等离子体共振(SPR)的放大作用,以及其对传感器本身的影响,首先,基于色散介质的吸收理论,通过建立波长型SPR生物传感器四层膜结构的数学模型,理论分析了传感器表面所吸附纳米金对传感器的影响:纳米金的表面修饰,改变了表面等离子体传感器中棱镜表面各介质层内电磁场的能量分布,削弱了金属膜在共振吸收中的作用,从而使SPR曲线的半波宽度增加,最小反射系数增大,金膜的最优膜厚度也随之改变.其次,通过不同厚度的金膜外吸附纳米金的对比试验,验证了此理论.金膜厚45nm、表面修饰10nm纳米金颗 关键词： 表面等离子体共振 生物传感器 纳米金 金属膜     

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.     

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。     

基于局域表面等离子体共振效应的聚合物波导传感器特性研究

以SU-8光刻胶作为波导芯层材料,设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论,建立了金纳米粒子的消光模型,理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明:当待测液体折射率增大时,LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大,传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰,其中一个峰位于520 nm波长附近,主要由表面等离子体吸收造成;另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移,主要由表面等离子体散射造成。     

半壳结构金纳米膜的局域表面等离子体共振效应

采用纳米模版印刷术和化学自组装技术制备了半壳结构的金粒子膜.利用场发射扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对样品的结构和光学性质进行了分析.研究发现，该结构的金膜所具有独特的局域表面等离子体共振效应取决于样品的粒子大小、间距等微观结构，且其峰值吸收波长对其周围环境介质的介电常数变化十分敏感.实验结果表明，粒子排列均匀的亚单层膜结构是控制光学性质稳定的关键. 关键词： 局域表面等离子体共振 半壳结构 纳米模版印刷术     

利用纳米金局域表面等离子体共振散射方法检测痕量汞(Ⅱ)

在Britton-Robinson(BR)(pH为9.0)缓冲介质中,微量Hg(Ⅱ)离子能诱使被巯基乙酸钠包被的AuNPs发生聚集,以此诱发局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)散射峰的出现,随着Hg(Ⅱ)浓度的不断增加,体系在548 nm的LSPR散射信号显著增强,其散射强度与Hg(Ⅱ)的浓度具有相关性,且在0.08～0.8 μmol·L-1范围内呈现一定的线性关系,由此构建了以Hg(Ⅱ)为目标分析物的LSPR散射分析检测方法,检测限为8 nmol·L-1。研究了体系的LSPR散射光谱以及吸收光谱,利用扫描电镜考察了AuNPs与Hg(Ⅱ)反应前后粒径的变化情况,发现单独的AuNPs呈现良好的分散状态,当加入Hg(Ⅱ)后,AuNPs呈现聚集状态。同时探讨了体系反应机理,结果表明Hg(Ⅱ)的加入与AuNPs表面的羧基发生螯合作用诱导了AuNPs的聚集。考察了体系对金属离子Hg(Ⅱ)的选择性,实验中选择了一系列的金属离子与AuNPs作用,其结果表明Hg(Ⅱ)与AuNPs作用的LSPR散射信号增强效果最为明显,而其余离子即使在浓度较高时其LSPR散射强度依然较弱,说明了实验设计方案对Hg(Ⅱ)具有优异的选择性。此外,研究了体系酸度,离子强度以及稳定剂对体系的影响。实验所建立起来的方法操作简单,分析速度快速,检测灵敏度较高。该方法已经成功用于环境水样中痕量Hg(Ⅱ)的检测。     

准晶体结构光纤表面等离子体共振传感器特性研究

光纤表面等离子体共振传感器在高灵敏度传感和在线实时监测等领域具有重要意义. 设计了一种六重准晶体结构环形通道光纤表面等离子体共振传感器, 基于有限元法对该传感器的传感特性进行了数值模拟. 研究了光纤各结构参量对传感器特性的影响规律. 研究结果表明: 待测液折射率的有效监测范围为1.25–1.331, 最高灵敏度可达26400 nm·RIU^-1, 传感器具有损耗谱杂峰少、探测范围广、灵敏度高、设计灵活性高和光路可弯曲等特点, 在生化检测、公共安全、环境污染监测以及高灵敏度传感等领域具有广泛的应用前景.     

契形结构光纤表面等离子体共振传感器研究

提出了一种契形端面结构的光纤表面等离子体共振(SPR)传感器激励模型. 采用时域有限差分法对契形SPR波导的共振模型进行数值模拟, 通过在光纤出射端抛磨契形角度并进行敏感膜修饰, 制出具有契形端面结构的类Kretschmann微棱镜式光纤SPR传感器, 实现激发SPR的光波调制.结果表明, 在1.3330–1.4215折射率范围内, 制备的契形光纤SPR传感器相对于常规光纤SPR传感器, 其平均灵敏度提高了近1–6倍, 1倍和6倍分别出现在小角度结构(15° 契形) 传感器和大角度结构(60°契形) 传感器, 且仍保持 10^-5 等级的分辨率. 该类型结构的传感器具有契形端面激励模式, 设计灵活性高、制备工艺简单、可微量检测样本等优点, 能够很好地适应于不同环境和测量条件的实际生化检测、环境监测需求. 关键词： 光纤传感器 表面等离子体共振 契形端面结构 折射率灵敏度     

金纳米棒表面等离子体共振瑞利散射能量转移光谱测定痕量硼

硼是一种生命体必需的微量元素,但过量的硼对人体以及动植物有害。建立一种高灵敏度,高选择性以及简便的硼检测方法,对于环境和人类健康都具有很重要的意义。本研究的目的是建立一种简便,灵敏,选择性测定硼的金纳米棒等离子体共振瑞利散射能量转移光谱新方法。直径为12 nm, 长度为37 nm的金纳米棒采用种子生长法制备。在pH 5.6的NH₄Ac-HAc的缓冲溶液中和甲亚胺-H存在下,金纳米棒在404 nm处产生较强的共振瑞利散射峰。当体系中存在硼酸时,硼酸与甲亚胺-H形成硼酸-甲亚胺-H配合物。作为散射受体的配合物与散射共振能量转移的给体纳金米棒靠近时,发生瑞利散射共振能量转移,导致瑞利散射信号猝灭。随着硼酸浓度的增加,形成的配合物增加,金纳米棒转移给黄色配合物的散射光能量增大,导致体系404 nm处的瑞利散射强度线性降低。其降低值ΔI_{404 nm}与硼的浓度在10～750 ng·mL-1范围内呈良好的线性关系。考察了共存物质对该法测定2.3×10-7 mol·L-1 B的干扰情况。结果表明该法具有较高的选择性,即4×10-4 mol·L-1的Mn2+,Cd2+,Zn2+,Bi3+,Na+,Al3+,葡萄糖,Hg2+,IO-₃,F-,SO2-₄,SiO2-₃,NO-₃,ClO-₄,过氧化氢等对硼的测定无干扰。据此建立了一个灵敏度高,选择性好,简便快速检测硼的瑞利散射共振能量转移新方法。     

便携式表面等离子体共振传感器温度特性

采用美国德州仪器公司开发的Spreeta系列小型化SPR传感模块,实验研究了环境温度变化对便携式表面等离子体共振传感器工作特性的影响.发现随着温度的升高,共振角度向小角度方向移动,并提出了完整的理论分析模型.该模型讨论了环境温度变化对金属薄膜、棱镜、待测物的物理性质的影响,模拟结果与实验测量结果吻合得很好.     

波长调制型表面等离子体共振的传感特性研究

表面等离子体共振(SPR)光学传感器能实现生物医学的快速、 无标记、 高精度检测,是生物化学分析的重要方法。 研制了基于波长调制型的Kretschmann结构表面等离子体共振(SPR)生物传感系统,研究了在体溶液传感方式下的传感性能。 利用不同浓度的乙醇和乙二醇溶液进行体溶液传感测试。 实验结果表明,在折射率低时共振波长对折射率变化响应的灵敏度低,但响应的线性度高;随着折射率增大,共振波长对折射率的响应变化的灵敏度提高。 在1.407 0～1.430 RIU折射率范围内,灵敏度高达11 487 nm·RIU-1。 传感器的共振波长的稳定性为0.213 8 nm,可分辨最小折射率趋近10-6 RIU。 所研制的波长调制型表面等离子共振传感器操作简单、 灵敏度高、 检测范围大,可实现浓度极低生物标记物的有效检测,在化学、 生物传感领域有重要的应用。     

金-二氧化钛（Au-TiO_2）复合薄膜的制备及局域表面等离子体共振（LSPR）效应

利用溶胶凝胶法在玻璃衬底上制备了金-二氧化钛（Au-TiO2）复合纳米薄膜,研究了热处理温度对复合薄膜表面纳米颗粒沉积的影响。利用原子力显微镜对样品进行了形貌表征,结果显示：复合薄膜是由纳米微晶组成的致密膜,温度越高越有利于Au粒子的形成。在550℃的热处理温度下,薄膜表面沉积的纳米微晶的粒径约为100nm。利用紫外-可见分光光度计测量了反射谱线,结果表明：由于局域表面等离子体共振（LSPR）的产生,在不同的热处理温度下,第一个反射峰（短波长处）不发生变化,第二个反射峰（长波长处）发生漂移（红移）。     

用扫描近场光学显微镜技术研究金膜表面等离体子共振

表面等离体子波(SPW)可与入射光横磁波极化能量耦合并被共振激发,这种现象被称为表面等离体子共振现象(SPR)。主要利用扫描近场光学显微镜(SNOM)技术和表面等离体子共振现象技术相结合,来研究金膜表面等离体子共振。设计并建立了结构独特的新型Kretschmann型表面等离体子共振现象耦合装置,同时又设计了具有厚度梯度的表面等离体子的制备方法。在此基础上,测量了改变入射角条件下的表面等离体子共振曲线,测得该装置的等离体子共振角灵敏度为1°。并且对金膜表面进行表面等离体子共振条件下的扫描近场光学显微成像。实验结果表明,在共振时金膜表面的扫描成像比不共振时清晰,而且增加了很多细节。应用表面等离体子共振现象技术将可以明显提高扫描近场光学显微镜的信噪比、分辨力等性能。     

海胆状金纳米粒子表面形貌对表面增强喇曼散射特性的影响

采用改进的一步还原法合成了多种海胆状金纳米粒子,并对它们的表面增强喇曼散射特性与其表面形貌的关系进行了实验研究.实验表明,合成的海胆状金纳米粒子的直径及表面的尖刺大小可以通过改变加入到氯金酸溶液中的硝酸银的量来调节.当加入到氯金酸溶液中的硝酸银为1μL时,合成的海胆状金纳米粒子的直径最小而尖刺最长.同时测量的紫外-可见-近红外吸收光谱表明,海胆状金纳米粒子的局域表面等离子体共振带会随着加入到氯金酸溶液中的硝酸银量的增加而变宽.此外,通过喇曼标记分子对巯基苯甲酸(4MBA)的喇曼光谱测量发现,较小直径和较长尖刺的海胆状金纳米粒子具有更强的表面增强喇曼散射活性.     

基于适配体-表面等离子共振的生物传感技术及应用

适配体以其合成、修饰、固定等方面的优势,在生物分子识别领域有广泛的应用。基于表面等离子共振的传感技术具有非标记、无需前处理、实时监测等优点。适配体与表面等离子共振相结合研制的生物传感器在生物传感领域具有重要的应用价值,本文综述了基于适配体-表面等离子共振的生物传感技术及应用。     

Bimetallic Silver-Gold Film Waveguide Surface Plasmon Resonance Sensor

It is desirable that a surface plasmon resonance (SPR) sensor is highly sensitive to binding interactions within the sensing region, generate evanescent fields with long penetration depths, and utilize a metal film that is very stable even in extreme environmental conditions. In this study, we present the first example of a wavelength-modulated waveguide SPR sensor with a bimetallic silver-gold film for surface plasmon excitation. The underlying silver yields better evanescent field enhancement of the sensing surface, while the overlying gold ensures that the stability of the metallic film is not compromised. It is shown experimentally that in terms of dλ/dn, the bimetallic film waveguide SPR configuration has a sensitivity of 1232 nm/RIU, greater than two times improvement from the 594 nm/RIU achievable with single gold film waveguide SPR sensor. The higher sensitivity, compact nature, and better evanescent field enhancement of this configuration provides the potential to biosensing applications.     

地表水微囊藻毒素的表面等离波子共振免疫检测方法研究

结合表面等离波子共振(SPR)技术与免疫检测技术,研究和建立了一种响应速度快、免标记、低成本的地表水微囊藻毒素(MC-LR)检测方法。基于SpreetaTM传感器构建了小型SPR免疫检测系统,采用共价偶联方法在传感器金膜表面修饰MC-LR-BSA抗原为生物敏感膜;开展了MC-LR的SPR免疫检测方法实验研究,结果表明该方法的相对标准偏差为1.0%(n=6),定量范围为2～32ng/mL,检测限为0.63ng/mL,半抑制浓度CI50为10.7ng/mL,空白加标回收率和样品加标回收率在90%～113%之间。实样检测实验中,管道末梢饮用自来水水样未能检测出MC-LR,而某湖水水样中MC-LR的质量浓度为2.46ng/mL。实验研究与结果表明,MC-LR的SPR免疫检测方法可以满足世界卫生组织(WHO)对于饮用水中MC-LR最低含量检测的需求。     

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、C2H5OH、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。     

镀银空芯光纤表面等离子体共振传感器的研究

提出了一种新型的基于镀银空芯光纤结构的表面等离子体共振(SPR)传感器。建立了光学模型对传感器内的光传播进行分析,在理论上推导出了传输光谱公式。制作了不同银膜厚度的空芯光纤SPR传感器,搭建了实验系统对内芯充入不同折射率的液体介质的传感器传输光谱进行了测量,获得了相应的SPR光谱。通过理论计算和实验测量对传感器的灵敏度特性和测量准确性进行了分析讨论。结果表明该传感器是一种灵敏度较高的、能实时检测待测高折射率液体介质的SPR传感器,它在一定范围内能够很好地弥补传统光纤表面等离子体共振传感器的不足,并且开拓了空芯光纤的一个新的应用领域。     

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...