基于微納結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的SPR成像傳感技術(shù)研究.pdf

1、表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)傳感技術(shù)具有無標(biāo)記、靈敏度高和易于實(shí)現(xiàn)高通量等優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)、藥物篩選、環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著對(duì)SPR高通量檢測(cè)需求的增加，SPR成像（SPRi）傳感技術(shù)得到了快速的發(fā)展。但常規(guī)SPRi傳感器的圖像對(duì)比度較差，靈敏度普遍低于通道型SPR傳感器，無法滿足高通量高靈敏的檢測(cè)要求。本論文將圍繞“提高SPRi傳感器的性能”這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)

2、高性能SPRi傳感器，并構(gòu)建SPRi傳感實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，通過研究微納結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)特性，利用電磁場(chǎng)增強(qiáng)來提高SPRi傳感器的靈敏度。本論文的主要內(nèi)容和成果包括:
　　1.分析了偏振對(duì)比度方法中影響SPR傳感靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了偏振對(duì)比度型SPRi傳感器。構(gòu)建了SPRi傳感實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)SPRi傳感器進(jìn)行性能測(cè)試，得到折射率分辨率為5.4×10-6 RIU，動(dòng)態(tài)范圍1.3316-1.3553 RIU。性能指標(biāo)優(yōu)

3、于常規(guī)光強(qiáng)調(diào)制型SPRi傳感器。
　　2.利用FDTD仿真軟件研究了Au NPs和金膜的LSPR-SPR耦合用于提高SPR傳感的靈敏度的影響因素，研究了紅外區(qū)Au和Ge的周期納米結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)特性，并對(duì)共振峰產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了解釋，為后續(xù)利用微納結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)增強(qiáng)提高SPRi傳感器性能的研究打下了基礎(chǔ)。
　　3.研究了微井結(jié)構(gòu)金膜內(nèi)由表面等離子體波(Surface Plasmon Wave，SPW)干涉引起的電磁場(chǎng)增強(qiáng)，獲得了最優(yōu)

4、化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)制備的微井結(jié)構(gòu)金膜進(jìn)行SPR傳感性能的測(cè)試，靈敏度比平面金膜提高了157％，折射率分辨率為1.7×10-6 RIU，比平面金膜提高了約4倍。通過BSA生物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微井結(jié)構(gòu)金膜對(duì)SPR傳感信號(hào)的增強(qiáng)效果。
　　4.研究了周期納米光柵中LSPR-SPR耦合引起的電磁場(chǎng)增強(qiáng)，獲得了最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在微井結(jié)構(gòu)金膜內(nèi)制備了周期納米光柵形成微納結(jié)構(gòu)金膜，對(duì)其進(jìn)行SPR傳感性能的測(cè)試，在小折射率變化范圍內(nèi)(1.3315-1.

5、3394 RIU)，在普通微井結(jié)構(gòu)金膜的基礎(chǔ)上，將靈敏度又提高了183％。通過MUA分子實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了微納結(jié)構(gòu)金膜對(duì)SPR傳感信號(hào)的增強(qiáng)效果。
　　5.對(duì)偏振對(duì)比度方法進(jìn)行改進(jìn)，提出了新型消光方法，即選擇厚金膜進(jìn)行背景消光。該方法具有圖像對(duì)比度高，對(duì)于小范圍折射率變化的靈敏度高，不受背景干擾和消光易調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)，具有進(jìn)一步提高SPRi傳感器性能的潛力。對(duì)該方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相一致。
　　目前，本論文設(shè)