基于相位型表面等離子體共振成像的傳感器及其應用.pdf

1、表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）傳感是一種高精度的光學折射率傳感技術，由于其靈敏度高、無需標記、實時性強等特點，被廣泛應用在蛋白質組學、遺傳分析、藥物動力學分析、環(huán)境污染物檢測和食品安全等領域。傳統(tǒng)的SPR傳感器主要基于對光的振幅信息的檢測來實現折射率傳感，包括強度型、角度型和波長型等幾種類型。新型的相位型SPR傳感器基于相位信息檢測，其傳感分辨率優(yōu)于傳統(tǒng)的振幅檢測的SPR傳感器2-3個數量

2、級，可以達到10-7-10-8 RIU，因此在生物小分子相互作用和微量樣品檢測中有著巨大的應用潛力。
　　本文的研究目的是利用微流控技術來實現高分辨率、高通量的基于相位SPR成像的傳感系統(tǒng)搭建并進行生物傳感應用。核心內容由四部分組成:相位SPR傳感的靈敏度和噪聲的模擬分析、基于棱鏡相位調制器(PPM)的相位提取、SPR微流芯片的制備、相位SPR成像傳感系統(tǒng)的搭建及應用。
　　本文的主要研究內容包括:
　　1.相位SPR

3、傳感的原理及傳感性能模擬。這部分內容主要涵蓋于第一章、第二章和第三章。我們將利用麥克斯韋方程組推導出表面等離子波的波動方程，并在此基礎上探討激發(fā)SPR的波矢匹配條件。在第三章我們將詳細介紹相位SPR傳感的相位信號提取方法，并模擬討論相位SPR傳感的靈敏度及其噪聲。
　　2.有效、穩(wěn)定地實現相位調制和提取是相位SPR傳感系統(tǒng)的關鍵技術，第四章將介紹一種新型的基于棱鏡相位調制器(PPM)的相位提取系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)相位調制器，PPM有著

4、調制效果穩(wěn)定，調制范圍廣和成本低廉等優(yōu)點。我們將利用菲涅耳公式得出PPM相位調制結果的表達式。接著介紹多步擬合和PSI相位提取的原理，最終實驗測試基于PPM的相位提取系統(tǒng)的性能。
　　3.多通道SPR微流芯片的制備。在生物分子親和力分析和藥物篩選等研究中，如何提高檢測通量，加快檢測速度是人們普遍關注的問題。我們利用微流控技術制備了高通量的SPR微流芯片，其中集成了64個傳感陣列、17個流體通道和176個氣控微閥。這種高度集成的SP

5、R微流傳感器可以大大提高檢測通量和檢測速度，有著巨大的實際應用潛力。第五章將詳細介紹這種SPR微流芯片的制備流程并討論其中的若干關鍵技術，并對微流芯片的性能進行測試。
　　4.基于相位SPR成像的面陣傳感系統(tǒng)的搭建及應用。第五章我們將PPM和SPR微流芯片結合，搭建了一個多通道的相位SPR成像傳感的實驗系統(tǒng)。甘油溶液檢測的實驗結果表明，相位SPR成像傳感可以實現7.61×10-7 RIU的傳感分辨率，在目前的面陣型相位SPR傳感器