基于显微系统的新型表面等离子体共振生物传感技术理论与实验研究

摘要

表面等离子体共振生物传感技术具有无标记、高灵敏度和实时动态检测等特点，在生物医学和化学领域尤其是蛋白质组学研究以及药学中得到广泛应用。目前备受关注的相位型表面等离子体共振生物传感器由于表面等离子体共振效应伴随的剧烈相位突变特性，具有比传统基于强度、角度和光谱调制的生物传感器更高的灵敏度，但相对较小的动态范围。同时基于Kretschmann结构的表面等离子体共振成像由于具有大通量的特点而得到广泛的应用，但是由于受到表面等离子体共振传输距离的影响，其成像分辨率较低。因此本论文提出一种基于显微结构下轴对称矢量光束差分干涉的新型相位表面等离子体共振生物传感系统，不仅能够增大相位型表面等离子体共振传感器的动态范围，而且具有高的灵敏度，大的成像分辨率。论文主要研究内容包括:
　　首先，我们提出一种新型任意比例的径向、角向偏振混合光束，其在高数值孔径显微结构下激发表面等离子体共振。两种偏正光可以作为信号光和参考光进行差分干涉测量进行表面等离子体共振相位的测量，与角度测量相结合，实现大的动态范围的测量。
　　再次，我们提出径向、角向四瓣光束，实现系统的严格的共光路测量，降低环境噪声的干扰;我们也在相位提出过程中采用六步相移技术，提高测量速度，也降低了由光源，PZT引起的噪声干扰。通过这些改进，进一步提高了系统的灵敏度。
　　最后，我们搭建了表面等离子体共振扫描传感成像系统，并结合微流控芯片，实现自动化控制，进行了生物样品的测量，得到了高的分辨率，大的动态范围，高的成像分辨率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 概述

第二节 表面等离子体共振在国内外的研究现状

1．2．1 表面等离子体共振激发产生方式

1．2．2 表面等离子体共振最新研究进展

第三节 表面等离子体共振生物传感技术在国内外的研究现状

1．3．1 表面等离子体共振生物传感的几种方式

1．3．2 表面等离子体共振生物传感器技术的最新研究

第四节 本论文的研究内容和创新点

第二章 基于显微结构的SPR生物传感技术原理

第一节 表面等离子体共振的基本原理

第二节 矢量光束的基本理论

第三节 基于显微结构的表面等离子体共振激发基本理论

2．3．1 金属三层膜理论

2．3．2 理查德-沃尔夫理论

2．3．3 矢量光束聚焦激发表面等离子体共振

第四节 不同参数对于SPR的灵敏度和动态范围的影响

第五节 微流控芯片的设计与制作

第三章 基于显微结构的相位型SPR差分传感技术

第一节 概述

第二节 任意比例径向与角向混合光束的产生

3．2．1 产生原理

3．2．2 实验验证

3．2．3 远场光束形状

第三节 基于显微结构的差分干涉测量系统

3．3．1 实验装置

3．3．2 相位信息提取过程

3．3．3 系统理论灵敏度及动态范围

3．3．4 实验结果

第四节 本章小结

第四章 基于柱矢量光束的差分干涉传感技术

第一节 概述

第二节 分辨矢量光束的产生

第三节 相移技术的应用

第四节 分辨光束的差分干涉

4．4．1 实验系统

4．4．2 实验结果

第五节 本章小结

第五章 基于显微结构的扫描传感成像技术

第一节 概述

第二节 系统集成

5．2．1 控制方案

5．2．2 系统实现

5．2．3 成像分辨率的标定

第三节 生物细胞的测量

5．3．1 简单样品的测量

5．3．2 活生物细胞的测量

第四节 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果