表面等离子体共振传感器

本书是《斯普林格化学传感器和生物传感器》系列专著中的一部。表面等离子体共振（SPR）传感器是一种通过对表面等离子波的共振角测量计算样品折射率（浓度）的传感器,是实现微量生物和化学活性物质定量测定的重要技术之一。     

谐振式传感器的脉冲式双参数检测方法

采用方波脉冲作为激励信号,对谐振式传感器的谐振器进行激励。通过对含有谐振频率和阻尼信息的自由衰减振动信号的采集及处理,同时得到了谐振器的谐振频率及谐振阻尼参数。以电涡流位移传感器为例,实际搭建了这种基于脉冲激励的双参数检测实验装置。实验结果表明,该方法可同时获取位移检测过程中的谐振频率及谐振阻尼参数。这种脉冲检测方式不仅可用于新型电涡流传感器的研制,而且可进一步推广到其他类型的谐振式传感器中。     

表面活性剂对多壁碳纳米管吸附磺胺二甲嘧啶的影响

碳纳米材料在吸附有机污染物方面有很好的应用前景,表面活性剂和抗生素是近年来倍受关注的两类新兴有机污染物.以多壁碳纳米管(MWNTs)为吸附剂,磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶(SM2)为模型化合物,采用批量平衡法研究了表面活性剂共存时对SM2在MWNTs上吸附行为的影响.实验表明:准二级动力学方程能很好地描述SM2在MWNTs上的吸附动力学过程;在吸附等温线实验中,阳离子表面活性剂CTAB在低浓度时抑制SM2在MWNTs上的吸附,高浓度时显著促进SM2的吸附,而阴离子表面活性剂SDBS及非离子表面活性剂Tween-60均对SM2在MWNTs上的吸附起到抑制作用;在离子强度对CTAB和SM2竞争吸附的影响实验中发现,离子强度越高,CTAB对SM2在MWNTs上吸附的促进作用越强.     

一种基于SOPC的谐振传感器频率检测设计

首先对谐振式传感器检测方法做了简单的分析介绍,然后在以现场可编程门阵列FPGA为硬件平台的基础上,提出了一种以NiosII软核处理器,即以SOPC技术为核心的高精度频率检测方案。     

基于表面等离子共振传感器的COVID-19检测与药物评价

自新冠病毒发现以来,新冠肺炎在社会内引起广泛关注,其传播能力相较于其他冠状病毒具有更高的传染性和致病性,在世界范围内对人类的生命财产安全造成了巨大的危害．灵敏检测和早期诊断是实现新冠病毒COVID-19有效阻隔和治疗的关键环节,传统的PCR等技术目前已被应用于COVID-19的诊断与检测当中,但其仍存在着定量困难、耗时长、成本昂贵等缺点．表面等离子共振(SPR)传感器是一种高灵敏、无标记和快速的实时分析工具,可用于特定蛋白质、核酸和病毒粒子的定量检测,在COVID-19检测中发挥着重要作用．本文综述了基于不同检测方法,包括直接法、间接法、夹心法在内的SPR传感器对COVID-19的定量检测与诊断研究进展,对固定配体进行分类,研究目标分子包括COVID-19的核酸分子、抗原、抗体及病毒粒子．同时,也从传感器设计、表面修饰、检测性能等方面对SPR传感器进行了介绍,总结了SPR传感器针对COVID-19检测的开发方向、目前存在的问题及可以采取的措施．另外,SPR传感器可以通过其独特的亲和力动力学分析实现分子间KD值的计算,对SPR传感器在COVID-19潜在药物评价方面的应用及作用机制进行了...     

超声波传感器谐振规律的实验研究

由于晶体超声波谐振子泛音的存在,谐振频率点并不唯一。而超声波测量系统频率的选择至关重要。为确定用于流量测量的超声波传感器的谐振频率,设计了实验测试方案,即用函数信号发生器给发射传感器输入幅度相同、频率不同的方波激励信号,用示波器观测接收传感器输出信号,记录接收探头随频率递增时,幅度较大极值点所对应的频率。然后,以数据拟合的方法寻求晶体超声波谐振子各谐振频率点分布的规律。实验结果表明：根据这些幅度较大极值点寻求的谐振频率点分布的拟合线,基本符合一般极值点对应频率的分布规律,反过来证明了研究所得的该种传感器谐振频率点分布规律的正确性,这为流量测量中超声波频率设定提供依据。     

表面等离子共振生物传感器测定人免疫球蛋白的抗原活性

目的:研究人免疫球蛋白质与羧甲基葡聚糖的氨基偶联及其与其他蛋白质的特异结合作用。方法:测定不同条件下人免疫球蛋白G(IgG)在羧甲基葡聚糖表面静电吸附的影响,并采用氨基偶联的方法,将其交联固定于葡聚糖表面,测定其与羊抗人IgG的特异结合。结果:pH及离子强度对蛋白质在羧甲基葡聚糖表面静电吸附有较大的影响,流体速度控制蛋白质的静电吸附动力学过程,并对其静电吸附量产生影响,其与羊抗人IgG有很强的特异结合作用,表现为快结合慢解离的动力学过程。结论:3.0相似文献   

表面冶金过程中等离子弧行为的研究

运用电磁学和热流体学的方法研究了等离子炬中的等离子弧行为以及等离子炬的设计原则及结构.介绍了一种适合等离子束表面冶金的等离子炬.     

热激励谐振式硅微结构压力传感器

针对一种以矩形硅膜片为一次敏感元件、硅梁谐振子为二次敏感元件采用电阻热激励、压敏电阻拾振的谐振式压力微传感器 ,简述了其工作机理 ;从谐振式硅微传感器整体优化设计、闭环系统优化设计、微弱信号检测、敏感元件工艺实践、开环特性测试等方面介绍了该传感器研究与研制过程中近期取得的阶段性研究结果     

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。     

Detection of TNT by a molecularly imprinted polymer film-based surface plasmon resonance sensor

A surface plasmon resonance(SPR) sensor using a molecularly imprinted polymer(MIP) film as a recognition element for detection of 2,4,6-trinitrotoluene(TNT) was developed.The TNT-imprinted polymer film was prepared by thermo initiated polymerization on the bare Au surface of an SPR sensor chip.Template TNT molecules were quickly removed with an organic solution of acetonitrile/acetic acid(9:1,v/v),causing a shift of 0.7° in SPR angle.The limit of detection for TNT was demonstrated to be as low as 1×10-8 mol/L.In the concentration range of 1×10-8-1×10-5 mol/L,the change of SPR angle was linear with the negative logarithm of TNT concentration,Selectivity studies showed that the SPR sensor had no response to TNT analogues 2,4,5-trinitrotoluene and 1,3,5-trinitrohexahydro-1,3,5-triazine at a concentration of 1×10-4 mol/L.The results suggest that the SPR sensor combined with a MIP film has the advantages of high sensitivity and selectivity,and long-term stability toward the analyte TNT.     

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.     

高效差分表面等离激元共振传感器

为了减小现有的表面等离激元共振传感器的系统漂移和溶液体效应引起的误差,利用四元光电探测器,发展了一种差分SPR传感器,通过对信号的差分运算消除这些误差.测试结果表明, 该仪器有2个突出的优点:具有10-5(°)或10-8 RIU的高角向分辨率;能同时消除系统漂移和溶液体介电常数效应引起的误差,10min内漂移小于7×10-5(°).利用这种传感器,测量浓度为 0.55nmol/L的抗生物素, 得到很好的响应特性,证明该装置可用于生物分子的检测.     

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.     

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.     

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．     

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.     

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 。     

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