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SPR的液体折射率检测研究

精确的折射率测量可以深入的了解介质微小的物理或者化学变化。提出一种基于Kretschmann棱镜结构的SPR折射率检测方法。首先利用Mathematica软件重点分析Kretschmann模型结构下待测样品折射率变化对表面等离子体共振吸收峰的影响,得到吸收峰随样品折射率的变化关系。在此基础上,构建Kretschmann模型并进行了酒精与水混合溶液的折射率测量。最后得出该方法能够有效检测到样品反射谱曲线,且与理论曲线趋势基本一致,在1.33~1.36折射率范围内检测的灵敏度可达86.88 deg/RIU。本研究方案对研制表面等离子体共振折射率传感器具有良好的价值。     

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。     

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.     

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.     

SPR体液微全分析系统的软件设计与实现

把计算机图像处理方法与传感检测和生化反应动力学相结合,编程实现一种基于SPR(surface plasmon resonance)技术的体液微全分析系统的软件设计方案。系统开发采用Visual C 6.0,图像采集应用程度接口采用VFW(Video for Windows)。并以Kretschmann结构的传感器为例,模拟实现不同介电常数的SPR曲线。在试验中软件和硬件系统相结合,有助于实时检测体液的特定成分及它的变化情况。通过实验,证实了软件的可行性。     

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.     

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 。     

基于表面等离子体波共振技术的精密角度传感器

为解决纳米技术中体积紧凑、高分辨率的测角问题,分析了表面等离子体波共振(SPR)的相位和振幅特征,根据共振角附近SPR的相位对入射角的高度敏感性,提出了基于表面等离子体波共振原理进行微小角度测量的方法,它具有测量分辨率高和体积紧凑的优点。研制了实验装置并进行了测角实验,测量分辨率达1.4×10     

Application of surface plasmon resonance in screening adsorbents and explaining adsorption phenomena using model polymers

A surface plasmon resonance (SPR) technique was developed as an online screening method to identify effective adsorbents for the peptide NH₂-Cys-Thr-Trp-Trp-COOH (CW-4). To validate the SPR technique, several linear polymers containing amino acid residues were synthesized as models of their corresponding adsorbents. SPR screening of all the linear polymers demonstrated that the linear polymer containing phenylalanine residues (PPhe) exhibited the highest affinity for CW-4 among the polymers tested. In accordance with the screening results from SPR, the adsorbent containing phenylalanine (APhe) exhibited the highest adsorption capacity for CW-4. An interesting observation was that the amounts of CW-4 adsorbed on 3 adsorbents were quite small, even though both SPR and isothermal titration calorimetry (ITC) experiments indicated the presence of interactions between CW-4 and the three polymers. A kinetic analysis performed using SPR technology suggested such a phenomenon was ascribed to the poor stability of the CW-4/polymer complexes; that is, CW-4 associates with the polymers quickly, but it also dissociated quickly. The combined results suggested that SPR was a promising tool to identify the optimal adsorbent for peptides, analyze the interactions contributing to adsorption and explain adsorption phenomena using polymer models.     

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.     

棱镜玻璃折射率测定实验中的一个问题

测一梯形棱镜的折射率时，找不到最小偏向角的位置，分析其原因，提出测量方法，分析总结折射率测定实验中玻璃棱镜角的选择原则。     

掠射法测三棱镜色散折射率

提出在分光计上采用平行光掠射法测量透明光学材料折射率的方法,论述了该方法的实验原理,给出了测量公式,并详尽介绍了该方法的实验操作方法。同目前国内外所采用光学材料折射率测量方法相比,不但具有操作方便迅速、环境条件要求低的特点,而且所得谱线锐利清晰,谱线条数多,位置稳定,实验测量精度高等优点。     

Using of the surface plasmon resonance cytosensor for real-time and non-invasive monitoring of cellular effects in living C6 cells induced by PMA

By cell and molecular biology, the traditional life science research has been improved into modern ex-perimental science. Because cell is the basic structural and functional unit of the mysterious life, the study of life phenomena will be ultimately embodied into the study of cell biology. How to acquire a dynamic knowledge of the intricate biomolecular reactivity and process in living cells has become one of the hotspots in recent biological researches. For the complexity of cellular effects,…     

光激发表面等离子体波反射系数在复平面的轨迹

为了更好的理解相位型、偏振型及调制型表面等离子体波共振(SPR)传感器的工作原理和性能,采用光的电磁理论对光激发表面等离子体波时光的反射系数rp在复平面的轨迹进行了分析与研究。研究表明rp在复平面的轨迹近似在一个圆周上,从这个轨迹圆不仅可以得到反射系数的模rp和辐角φp的特性,而且可以得到rp.(φp/α)近似为一个常数的特性。这些特性非常直观地表示了相位型、偏振型及调制型SPR传感器的原理与性能,有利于SPR传感器的研究。     

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.     

各向异性磁阻传感器灵敏度在线辨识技术

提出了一种基于灵敏度在线辨识技术的灵敏度变化补偿方法,使用北京科技大学研制的各向异性磁阻传感器BKMC-21进行了实验研究.结果表明:未采用灵敏度变化补偿技术的磁场测量输出结果在磁力计通电后发生剧烈变化;磁力计输出需30min才能趋于稳定,在此期间灵敏度变化超过20%.采用灵敏度变化补偿技术的磁场测量输出结果在磁力计通电后保持平稳,磁力计输出在整个过程中灵敏度变化不超过2%.由以上实验结果可以看出,本文所提出的基于各向异性磁阻传感器灵敏度在线辨识技术的磁力计灵敏度补偿方法能有效地解决磁力计灵敏度变化问题.     

太赫兹等离子体激元增强传感研究进展

太赫兹作为一个大多数有机分子和生物大分子的振动和转动频率所在位置,已引起全社会的高度关注.近年来,随着太赫兹源和探测技术的不断发展更新,使得获取稳定的宽带太赫兹脉冲源成为一种常规技术.然而,相比于太赫兹波波长,由于分子的吸收截面非常小,导致微弱的相互作用,很难根据太赫兹特征光谱的变化对物质进行种类判定或定量分析的传感检测.如何增强太赫兹光谱技术的传感灵敏度,快速便捷地实现微量样品的检测,是太赫兹传感亟待解决的现实问题.电磁超表面凭借其独特的共振电场增强效应为解决这一问题提供了很好的解决方案.太赫兹等离子体激元增强传感研究自2000年起其发展已有了长足的进步,多种基于不同电磁超表面的太赫兹增强传感创新技术与方法被相继提出.本研究重点介绍这些针对太赫兹传感增强提出的表面等离子体共振传感器的最新研究进展,并详细指出它们的优势和不足.在此基础上总结了太赫兹增强传感的研究工作,并对其未来的发展方向进行展望.     

2022年太赫兹人工表面等离激元科技热点回眸

随着第六代通信技术（6G）、空间态势感知等系统对高通量、高带宽要求的进一步提高,太赫兹技术成为国际学术界和工业界的研究热点。2022年,太赫兹人工表面等离激元研究在国际上受到很大的关注,盘点了该领域的关键热点与新进展,包括基于太赫兹人工表面等离激元的无源器件、有源器件、传感器、通信系统以及生物医药应用等。人工表面等离激元对传输的电磁波具有亚波长的电场束缚能力和非线性色散特性,为太赫兹功能器件和系统应用的实现带来了新机遇。     

光纤表面等离子体共振传感器敏感膜的仿真研究

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,分别考查敏感膜为Au膜、Ag膜、Al膜和Cu膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,Au膜和Ag膜有较高的灵敏度,Al膜和Cu膜厚度分别在10 nm和30 nm有较明显的共振现象。