角度调谐式光学表面等离子共振传感器的研制

摘要

表面等离子体共振传感(SPR)技术以高灵敏度、所需待测样品少、样品无需作预处理、响应速度快等优势，愈来愈受到专家学者的重视，并在食品安全管理、生化应用与医药检测等领域得到广泛应用。随着生化应用需求增加，表面等离子体共振传感仪器朝小型化、自动化、多通道化的趋势发展。本论文设计了一套角度调谐式的SPR传感仪器，并对仪器的测量灵敏度进行了分析。
　　本文探讨了表面等离子体共振技术的优势、应用领域、发展历史、现状与前景，通过对表面等离子体共振现象的理论分析，得出激发表面等离子体共振现象产生的条件。随后，根据基于Kretchmann棱镜结构的表面等离子体共振系统模型仿真，确定光源线宽、棱镜色散、载玻片厚度、金属薄膜等因素对表面等离子体曲线的影响。接着从机械电路设计、实验控制程序设计等方面展示了一套自行研制的角度调谐式的表面等离子共振传感系统。机械电路设计部分包括线性CCD与转台的配合设计、转台的驱动电路、He-Ne激光器与棱镜的光路设计、进样系统结构的设计加工。基于LabVIEW平台实验控制程序包括控制转台的转动、图像采集与数据处理，由此系统可实现对样品的特性测量。
　　在角度分辨率设定为0.03°情况下，由对不同折射率的盐溶液的共振角检测结果得知，折射率与共振角之间具有良好的线性关系，系统测量的灵敏度是1.767×10-4 RIU。优化系统角度分辨率，系统的检测灵敏度可以进一步提高。
　　本文对角度调制型SPR传感技术的仪器化进行了理论分析和实验探索，为课题组对表面等离子体传感系统的进一步改进优化奠定了基础。