基于局域表面等离子体共振特性的高灵敏度凝血酶检测

用核酸适体修饰的纳米金共振散射光谱探针可实现对微纳空间内凝血酶的特异性识别与检测.提出了一种基于局域表面等离子体共振-暗场显微光谱联用技术的分析方法,研究了局域在金纳米粒子表面的生物分子的识别过程对局域表面等离子体共振散射光谱的影响.研究了单颗粒纳米粒子的形貌特征,实现了单分子层面上生物分子识别过程的追踪.     

基于表面等离子体增强的聚合物太阳能电池研究

为有效地提高聚合物电池器件的光吸收和电荷收集,进而提高整体器件效率,采用氧化钼(MoO3)/银纳米粒子(Ag NPs)/氧化钼作为复合阳极缓冲层,制备了反型聚合物太阳能电池,并研究了在缓冲层中加入金属纳米颗粒对器件性能的影响.实验结果表明,在MoO3缓冲层中加入1 nm的Ag时,器件的短路电流密度和光电转换效率都得到了提高,短路电流密度从9.54 mA/cm2增加到12.83 mA/cm2,效率从2.14％提高到3.23％.Ag纳米颗粒的表面等离子体共振作用,有效地提高了器件的光吸收和电荷收集,提高了整体器件效率.     

基于表面等离子体增强的聚合物太阳能电池研究

为有效地提高聚合物电池器件的光吸收和电荷收集, 进而提高整体器件效率, 采用氧化钼(MoO₃)/银纳米粒子(Ag NPs)/氧化钼作为复合阳极缓冲层, 制备了反型聚合物太阳能电池, 并研究了在缓冲层中加入金属纳米颗粒对器件性能的影响。实验结果表明, 在MoO₃缓冲层中加入1 nm的Ag时, 器件的短路电流密度和光电转换效率都得到了提高, 短路电流密度从9.54 mA/cm²增加到12.83 mA/cm², 效率从2.14%提高到3.23%。Ag纳米颗粒的表面等离子体共振作用, 有效地提高了器件的光吸收和电荷收集, 提高了整体器件效率。     

基于分子印迹膜的表面等离子体共振传感器检测黄体酮

分别采用热聚合和光聚合的方法在金膜表面合成黄体酮分子印迹膜,并将其作为识别元件应用于表面等离子体共振传感器检测黄体酮. 通过对其进行洗脱及吸附研究发现:采用乙腈/乙酸混合液可以快速将黄体酮洗脱下来,洗脱前后共振角分别移动了1.15°和0.72°;该传感器实现对黄体酮的最低检测限均为10-14 g/mL;在10-14～10-6 g/mL的浓度范围内,共振角度的变化与黄体酮浓度的负对数成线性关系. 同时将具有黄体酮识别位点的分子印迹膜分别吸附浓度为10-4 g/mL的雌二醇,睾酮和睾酮丙酸酯溶液,结果显示均没有非特异性吸附作用. 以上结果表明,基于黄体酮分子印迹膜的表面等离子体共振传感器能够对黄体酮实现快速定量的专一性检测.      

棱镜表面等离子体共振传感器理论仿真研究

以薄膜光学理论为基础,利用Winspall软件模拟研究Kretschman结构下,三棱镜类型以及待测介质折射率对表面等离子体共振反射谱性质的影响,得出了影响激发SPR现象的棱镜折射率和待测物质折射率随反射谱的变化规律,为表面等离子体共振传感器的优化提供了理论指导。     

基于表面等离子体共振光纤持气率传感器探头敏感膜理论仿真研究

为了研究光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,利用TFCalc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。分别考查金膜和银膜的敏感膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,金膜有更高的灵敏度,银膜则有较高的信噪比和检测精度。     

光纤表面等离子体共振传感器Al膜氧化的仿真研究

为了研究光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,利用TFCalc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。考查了敏感膜为Al膜及被氧化的Al膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,Al膜的被氧化程度对反射光谱的影响较大,对光纤表面等离子体共振传感器的灵敏度影响也较大。     

多波长同时检测表面等离子体子共振DNA 生物传感器的研究

利用自行组装的表面等离子体子共振传感器装置检测了ＤＮＡ 探针的固定过程及杂交反应．     

双金属层表面等离子体共振传感器品质因子的研究

基于光学薄膜理论,研究了银-金双金属层表面等离子体共振(SPR)传感器品质因子的特征。 首先,通过共振角处最低反射率的计算得到了双金属层的最佳厚度配比;其次,研究了最佳厚度配比下双金属层 SPR 传感器的线宽、灵敏度以及品质因子的特征。 研究结果表明,随着双金属层中银膜厚度的增加(或金膜厚度的减小),传感 器的灵敏度和线宽均减小,而传感器的品质因子增大。 当双金属层 SPR 传感器中金膜厚度减小至 0 nm 时(单层银膜 SPR 传感器),传感器的品质因子达到最大值 96.35 RIU-1 。     

基于局域化表面等离子共振特性的高灵敏度凝血酶检测

用核酸适体(TBA)修饰的纳米金(GNP-TBA)共振散射光谱探针实现了对凝血酶(Thrombin)的特异性识别与检测。利用表面等离子体暗场显微光谱技术(LSPR-DFM),发展了一种新型的、具有时空分辨和高灵敏度的检测手段,实现了对微区内凝血酶的检测。利用该方法可以捕捉单个纳米颗粒的形貌特征并且追踪金属纳米粒子和其周围生物分子之间的相互作用,从而实现单颗粒水平上的生物分析。     

光纤表面等离子体波传感器的理论研究

利用光纤表面等离子体共振(SPR)技术设计了光纤表面等离子体波传感器．该传感器与传统棱镜SPR传感器相比有很多优点．由于引入了光纤结构,SPR传感器的计算变得相当复杂．此前,由于不能准确计算,其设计主要依赖于经验,从而严重影响了所设计的传感器的性能．根据光纤SPR传感器的特点,在一定条件下把斜线作为子午线来处理,推导了光纤SPR传感器中总反射系数的计算公式,实现了对光纤SPR传感器的理论计算过程,同时与实验结果进行了对比,结果表明理论计算结果与实验相吻合,从而为系统地分析光纤SPR传感器的性能提供了一个有效的手段,并且为实际设计光纤SPR传感器提供了理论依据．     

基于相位检测SPR生物传感器的数值模拟

为了得到基于相位检测的表面等离子体共振(SPR)生物传感器的高检测精度,建立了这种传感器的5层膜结构的数学模型,利用Matlab系统地进行了耦联层、传感层等对所检测相位变化影响的数值模拟,确定了一组优化参数。模拟结果表明,相位检测对传感层的折射率具有选择性。获得较高的分辨率的条件是:耦联层厚度应小于150nm,优选值是50nm;不生成传感亚层时,传感基层的厚度应控制在200nm左右;当生成传感亚层时,传感层(包括基层和亚层)的总体厚度须根据反应物分子的特异性系统考虑。     

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.     

Sensitivity dependence of surface plasmon resonance based sensors on prism refractive index

We theoretically and experimentally demonstrate that refractive index of the prism used to load metal film has significant influence on sensitivity of surface plasmon resonance based sensors. The prism with lower refractive index gives the sensors a higher sensitivity in detecting refractive index variations of a sample. We attribute this effect to the fact that a prism with low refractive index will increase coupling distance between surface plasmons and the medium under investigation. Foundation item: Supported by Wuhan University and National Education Ministry of China Biography: Wang Guo-ping (1964-), male, Professor, research direction: bolographic materials, diffractive optical elements, optical properties of metallic nanopracticles and metal-dielectric nanostructures     

介质阵列加载的表面等离子共振传感器基底研究

单个介质纳米颗粒的散射效应表明介质散射共振和金属局域表面等离子共振具有类似的局域电场增强特性,但却避免了金属的强光吸收损耗。利用这种共振效应,提出一种介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构。数值模拟显示,通过调控基底结构参数,与金属银阵列相比,介质硅阵列的共振耦合效应更强,近场增强更明显,对应的反射谱共振谷曲线也更加尖锐。相同环境下的传感性能指标计算表明,介质硅阵列基底具有更好的灵敏度和品质因子,因此基于散射共振的介质阵列加载基底结构是提高表面等离子共振传感灵敏度的一种有效方法。     

牛血清白蛋白在自组装膜表面非特异性吸附——基于表面等离子体共振技术

将末端带OH、COOH、NH2、CH3的巯基化合物自组装于金片表面形成膜,利用表面等离子体共振(SPR)技术实现了牛血清白蛋白(BSA)在金片表面自组装膜上的非特异性吸附研究.以铁氰化钾为探针,利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EI)方法探究了膜在表面的形态.通过测量膜表面对水的静态接触角表征膜的形成及质量.SPR实时监测得到BSA在自组装膜表面的结合强弱顺序为:CH3＞NH2＞COOH＞OH.同时还研究了形成自组装膜物质的链长对其抗非特异性吸附效果的影响.     

表面等离子谐振传感器检测磺胺二甲嘧啶残留

为了建立利用表面等离子谐振光学生物传感器和金膜芯片表面固定抗原定量检测磺胺二甲嘧啶的检测方法,用缓冲液将磺胺二甲嘧啶标准样品配制为浓度分别为0、5.0、7.0、10.0、16.5 ng/mL的溶液,与工作浓度的抗体混合,测量了传感信号的强度值,绘制得到抑制标准曲线。在无抗牛奶中添加磺胺二甲嘧啶标准样品,使终浓度分别为0、5、10、20、30、40 ng/mL,利用免疫竞争抑制检测方法构建标准曲线,并对磺胺二甲嘧啶浓度为20 ng/mL的牛奶样品进行检测,5次检测的相对标准偏差为6.3%,检测回收率为102.8%,7d内检测的偏差小于6 IU,表明该传感器在磺胺二甲嘧啶残留检测中具有较高的精确度和较好的稳定性。     

表面等离子体共振谱仪用于糖蛋白检测研究

介绍了一种表面等离子体共振(SPR)生化分析仪,采用角度扫描与强度调制相结合的方法来实现对糖蛋白的实时监测.在糖蛋白的检测实验中,对不同pH的再生液进行对比,pH=3的再生能力达到97%,选择该pH的溶液作为再生液;对同一浓度的糖蛋白进行5次测量,得出相对标准偏差(RSD)为3.83%;通过非糖蛋白与糖蛋白的对比实验,说明本实验方法可以对糖蛋白进行特异性检测;最后对浓度在0.01~1mg/mL的糖蛋白进行检测,并进行了线性拟合和多项式拟合,通过残差分析和相关系数的比较得出RNase B的浓度与归一化光强的关系更符合多项式拟合,因此以多项式拟合曲线作为其标准曲线.实验结果表明该SPR谱仪可以对糖蛋白进行特异性检测,该技术将会在医学方面得到广泛应用.     

表面等离子体共振型光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法

以一种常见的光子晶体光纤为载体,利用金属填充物和纤芯周围折射率环境结构的不对称性,提出了一种基于表面等离子体共振效应的光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法.研究发现,通过对光子晶体光纤纤芯和金属填充物周围结构的特殊设计,可有效调控周围材料的有效折射率,以实现金属等离子体模式的双折射效应和光纤纤芯模式的双折射特性.因此,当纤芯模式和金属的表面等离子体模式满足相位匹配条件时,即可达到偏振滤波的效果,并获得很好的消光比,而不需要对光子晶体光纤的结构进行复杂设计,降低了器件制备难度,避免了所设计的光纤结构无法实现实际制备的问题.     

Nanoscale all-optical devices based on surface plasmon polaritons

Surface plasmon polariton, a kind of surface electromagnetic wave propagating along the interface between metals and dielectrics, provides an excellent platform for the realization of integrated photonic devices due to its unique properties of confining light into subwavelength scales. Our recent research progresses of nanoscale integrated photonic devices based on surface plasmon polaritons, including all-optical switches, all-optical logic discriminator, and all-optical routers, are introduced in detail.