长程表面等离子体共振技术在生物检测中的应用研究

摘要

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)传感技术具有生物样品无需标记，实时检测反应动态，准确性高，无背景干扰等优点，因此，该技术在生物科学领域应用中取得了长足的发展。近年来，随着生物技术安全问题的日益突出，对检测方法的灵敏度、稳定性、特异性等都提出了更高的要求。基于此，本论文通过将传统SPR传感器进行改善，引入了一种新的共振模式-长程表面等离子体共振(Long-range Surface PlasmonResonance，LSPR)，从理论上讨论了该种模式产生的机理，并从实验上研究了该类型的传感器在食品安全和生物检测中的具体应用。
　　 本论文详细研究了存在于介质/金属界面上的表面等离子体波的传播特性，给出了表面等离子体波的传播波矢，进一步讨论了三层膜结构对称与反对称情况下，长程表面等离子体波的传播特性。介绍了表面等离子体共振的激发结构及激发条件；利用菲涅尔公式和多层膜反射公式，建立三层棱镜耦合结构表面等离子体的数学模型。
　　 建立了一套基于角度扫描模式的表面等离子体共振传感器。整个仪器包括光学系统，机械转动系统和光电探测系统。该传感器能够进行反射光信号的采集与处理，利用自行设计的流通池，可以方便的对生物溶液进行快速检测，实现实时监控。
　　 实验研究了传统表面等离子体共振传感器与长程表面等离子体共振传感器中传感芯片的最优化设计，并分析比较了两种传感器的灵敏度。
　　 利用建立的表面等离子体共振仪对两种不同生物溶液的浓度进行检测，对比研究了传统表面等离子体共振传感器与长程表面等离子体共振传感器在检测生物溶液中的灵敏度。结果表明，长程表面等离子体共振传感器对生物溶液浓度的改变更加的敏感，其灵敏度是传统表面等离子体共振传感器的2倍，且该传感器具有很好的重复性与稳定性。最后，使用多点测量的方法建立两种生物溶液的标准曲线，用以对大肠杆菌和人羊膜成纤维细胞溶液的浓度进行实时检测。