空间相位调制表面等离子体共振检测蛋白质芯片

蛋白质组学研究需要无标记高通量的检测技术.将空间相位调制与表面等离子体共振传感结合,使生物分子相互作用引起的反射光的相位变化转换成干涉条纹的移动,通过计算条纹的位移可得到相位的变化量,解析出相关的蛋白质相互作用信息.实验结果表明: 系统的相位分辨率为 0.2°, 可检测出质量分数为0.02%的食盐溶液,相当于3×10-5 RIU(refractive index unit)的折射率分辨率.适当增加传感芯片上金膜的厚度,可将折射率分辨率提高到2×10-6 RIU.兔IgG与羊抗兔IgG相互作用实验又进一步表明: 该系统具有实时阵列检测蛋白质相互作用的能力,进一步提高精度并完善后可成为蛋白质组学研究的重要工具.     

基于SPR干涉成像的生物分子相互作用检测方法

蛋白质组学研究和药物开发迫切需要高通量、高精度、无标记且实时检测技术。该文提出了一种基于干涉成像的表面等离子共振（SPR）生物分子相互作用检测方法,在入射光的p和s偏振分量之间分别附加90°和-90°位相差,采集对应的干涉图像,并利用所采集的2帧图像,计算出反映传感面折射率分布的信号。循环采集能够实时获得生物反应进行时...     

基于微纳光纤耦合器的折射率传感研究

目前一些超细直径的微纳光纤耦合器虽具有极高的灵敏度，然而极细的直径亦使得这些光纤耦合器非常脆弱，使得在传感应用中可能会产生一些问题：很难将这种耦合器从实验制造平台转移到微流控生物传感器中；易受环境影响而不够稳定。为了解决上述问题，分别从实验和理论上研究一种直径为6.25μm的微纳光纤耦合器，这种光学耦合器在外部折射率(refractive index, RI)为1.339 8时能达到-1 753 nm/RIU的高折射率灵敏度。基于有限元分析方法(finite element method, FEM),计算出偶/奇模的有效折射率和折射率灵敏度并与实验测试结果比对。本文制作的光纤耦合器可以很好地运用在光纤微流控生物传感等其他实验室芯片上的多功能传感中，有良好的实用前景。     

温控表面等离子共振系统及其应用

表面等离子共振 (surface plasmon resonance, SPR) 传感技术被广泛应用于生物医学、药物筛选、临床诊断、食品安全及环境污染等领域. 在实际应用中, SPR 系统对温度敏感, 亟待开发适用于温控实验的 SPR 装置. 基于角度调制型 SPR, 设计开发温控 SPR 系统, 灵敏度达到 497.8$^{\circ}$/RIU(refractive index unit, 单位折射率), 温控范围在 18$\sim $42 ℃, 控温精度为0.1 ℃, 可用于不同浓度液晶分子 (4$^\prime$-正戊基-4-氰基联苯即 5CB) 乙醇溶液的温变过程检测. 实验结果表明, 在浓度固定情况下, 25$\sim $41 ℃ 范围内 SPR 信号与温度有良好的线性关系, 相关系数均在 0.98 以上.     

高灵敏度光纤MZI折射率传感器

首次在实芯光子晶体光纤中制备了横向大偏置结构光纤马赫-曾德尔干涉仪折射率传感器,并理论分析了此种干涉仪的干涉机制和折射率传感特性,以及影响折射率传感特性的各种因素;搭建实验系统,测试了折射率传感特性。结果表明,腔长330 μm传感器的干涉谱对外部环境折射率变化的响应成线性,透射谱随环境介质折射率增大而向短波方向移动,灵敏度超过-15 100 nm/RIU,灵敏度与腔长长度无关,光子晶体光纤的气孔对折射率传感特性影响很小。此种高灵敏度的光纤微腔折射率传感器适用于液体或气体的快速检测领域。     

基于高阶模干涉的双参量同时测量传感器的实验研究

提出一种单模-多模-单模(SMS)与光纤布拉格光栅(FBG)级联的传感结构,利用了多模光纤内的高阶模干涉原理实现传感测量.本文采用了同长度芯径分别为50μm和60μm的多模光纤.实验结果显示,在SMS结构中,芯径50 μm和60μm的温度灵敏度分别为0.095nm/℃和0.127nm/℃,采用大芯径多模光纤略有提高SMS结构的温度灵敏度;折射率灵敏度分别为61.96nm/RIU和128.11nm/RIU,采用大芯径多模光纤大大提高了SMS结构的折射率灵敏度,该传感器能够用于温度和折射率的同时测量.     

基于纳米颗粒阵列与法布里-珀罗干涉结构的超灵敏传感器设计

当前的等离激元传感主要基于表面等离极化激元和局域表面等离激元共振两种模式.然而基于表面等离极化激元的传感需要精确的入射角度及多种光学元器件的配合方能使用;而基于局域表面等离激元共振的传感由于共振线宽较宽导致其灵敏度和品质因数(figure of merit,FOM)不够高.设计了一种基于纳米颗粒/间隔层/反射层结构的具有超高灵敏度和FOM的折射率传感器.由于表面等离激元晶格模式与局域表面等离激元共振以及法布里-珀罗干涉的相互作用,器件的反射光谱具有一个超窄反射峰.利用这个反射峰实现传感,其灵敏度达到500 nm/RIU,FOM达到625.进一步分析表明,此传感器在不同结构与激发参数下都具有很好的传感灵敏度.该研究结果对高灵敏等离激元传感器设计具有重要参考意义.     

纳米银局域表面等离激元共振——环境传感、分子识别及光物质相互作用增强

基于利用磁控溅射方法制备的纳米银颗粒,研究了纳米银颗粒局域表面等离激元对介质环境的敏感程度,作为媒介提高光与物质相互作用的可能性.研究结果表明:传感灵敏度最大可达到约931 nm/RIU,石墨烯拉曼信号可提高约40倍,可见光吸收提高约10倍.该研究表明制备简单、光学响应灵敏的纳米银颗粒在传感、光电探测及分子识别等领域具有潜在的应用价值.     

湿腐蚀法制备U形塑料光纤折射率传感器

为提升折射率测量灵敏度、方便测量,通过湿腐蚀法制备了高灵敏度的U形塑料光纤折射率传感器.从理论上分析了多模塑料光纤宏弯曲折射率传感器的原理,利用射线法对塑料光纤中传输光场进行近似,获得多模塑料光纤宏弯曲模式损耗的表达式.采用丙酮和甲醇混合溶液作为腐蚀剂,利用湿腐蚀法对塑料光纤进行处理,观察不同腐蚀剂浓度腐蚀后光纤表面形貌,得到最佳腐蚀剂浓度为丙酮浓度80％.采用热定型法对腐蚀后的光纤进行宏弯曲处理,通过改变光纤芯径及弯曲半径优化传感器性能.利用655 nm红光激光器作为光源对其灵敏度进行测试,在1.30 ～1.45的较大折射率范围内,得到最佳灵敏度为618％/RIU(RIU为折射率单位).实验结果证明,通过宏弯曲处理可以使传感器灵敏度得到提升,并且U形探头使测量更加方便,可以广泛应用于折射率传感领域.     

高精度全聚合物 MZI 波导传感器

为解决基于有机衬底的传统光波导传感器灵敏度低的问题, 提出了基于聚合物材料的高灵敏度 MZI (Mach-Zehnder Interferometer)波导的传感器结构, 从理论上设计了对称形 MZI 和非对称形 MZI 的高灵敏度波导 传感器结构。 得到对称型 MZI 形波导传感器折射率在 1. 34 ~1. 36、 1. 36 ~1. 38 和 1. 38 ~1. 40 区间内灵敏度分 别为1 850. 76 dB/ RIU、 1995. 09 dB/ RIU 和1 547. 30 dB/ RIU。 圆弧型非对称型 MZI 波导传感器折射率在1. 33 ~ 1. 35、 1. 35 ~1. 38 和1. 38 ~1. 40 区间内灵敏度分别为1 719. 23 dB/ RIU、 1 251. 68 dB/ RIU 和2 065. 22 dB/ RIU。 对这两种传感器结构, 通过多个波导传感器相集成的设计, 可实现材料在折射率 1. 33 ~1. 40 区间内的高灵敏度传感。