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光波导表面等离子体共振传感方法研究

杜婵  
【摘要】:表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)检测方法由于具有无需标记、灵敏度高等特点,可以实现对生化反应过程的实时、无损检测,因此在生化分析、临床医疗诊断和食品安全等领域获得了广阔的发展空间。近些年来,快速发展的生物技术对检测手段的分辨能力、特异性、普适性以及稳定性提出了更高的要求。因此,具有更窄半高宽、更高表面场强增强因子以及更长穿透深度的光波导SPR结构(Coupled Plasmon-Waveguide Resonance, CPWR)由于从根本上改善了传统SPR的缺陷因而得到了广泛的关注。 在本论文中,我们首先以多层膜反射理论为依据,对光波导SPR结构的反射光曲线特征、表面场强分布情况进行了深入的分析与研究,最终提出了MgF2-Au-MgF2对称型光波导结构。接下来,我们搭建了二维角度谱型光波导SPR传感检测系统,对上述对称型光波导结构用作SPR传感时所能达到的性能指标进行了测试,得到了5.22×10-7RIU的折射率分辨指标,比同等光路条件下传统SPR分辨水平高将近一个量级,充分肯定了对称型光波导SPR结构的优越性。 同时,我们利用光波导SPR结构表面增强的电场强度实现了对波导层表面荧光基团的暗场激发,从而为CPWR传感检测提供荧光参照,以提高检测的信息通量以及准确性。为了实现以上目标,我们搭建了一套CPWR与表面等离子体激发荧光高光谱分析同时测量的实验系统,对MgF2-Au-MgF2结构表面激发荧光的特性进行了研究。更进一步地,我们在MgF2-Au-MgF2结构上首次获得了蓝光(473nm)激发CPWR并将其用于传感、表面等离子体激发荧光同时测量的初步实验结果。该结果突破了传统SPR检测对入射光波长的限制,同时由于生物荧光标记物在蓝光波段的荧光激发效率更高,因而该研究成果为进一步提高光波导SPR传感检测的灵敏度奠定了研究基础。CPWR与荧光检测技术的复合分析方法将会为深入理解生化反应过程提供更好的研究平台。 在上述工作的基础上,我们还实现了对光波导传感结构的表面功能化修饰并对人眼房水中的血糖指标以及细胞因子进行了传感检测,验证了光波导SPR传感检测系统的实际生物应用能力。


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