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《深圳大学》 2017年
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新型结构的光纤表面等离子体共振传感器及其生化应用研究

陈郁芝  
【摘要】:光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器不但具备光纤传感器体积小、能耗低、检测快速、抗电磁干扰、可实时在线检测等优点,同时还具备SPR检测技术的高效、灵敏、检测无需标记、可进行实时动态检测、耗样量极少等特点,已经成为目前生化检测传感领域的研究热点。本论文理论和实验研究了各种类型的新型结构光纤SPR传感器,同时也开展了光纤SPR传感器的生化应用研究。本论文主要研究工作和成果如下:1.通过建立一套传感层轴向分布不均匀的光纤SPR传感器工作模型,分别研究了入射光波模式和传感层的厚度不均匀分布这两个重要因素对传感器性能的影响。结果表明高阶的入射光波模式会为传感器带来高的灵敏度,但同时也带来了低的品质因子;在传感层厚度分布不均匀的情况下,传感区长度对传感器性能的影响较为明显。2.研制了一种应用于免疫学检测的光纤SPR传感器。在光纤SPR传感器表面进行生物分子特异性检测膜修饰,将经过修饰的传感器用于检测特异性分子和非特异性分子。实验结果表明,传感器对特异性分子有明显的响应,对非特异性分子基本无反应。光纤SPR传感器结合特异性检测膜能有效应用于免疫学检测。3.制作了一种新颖的半圆柱面光纤SPR传感器,并将其应用于化学溶液浓度的检测当中。相比于传统光纤SPR传感器,半圆柱面光纤SPR传感器的制作更为简单、方便,而且两者灵敏度几乎一致。将半圆柱面光纤SPR传感器用于氯化钠、葡萄糖和蛋白质溶液浓度的检测,实验结果表明,传感器对不同的化学溶液具有不同的响应灵敏度,其中对蛋白质分子具有极高的检测灵敏度,且为50.58 nm/%。4.实验实现了D型光子晶体光纤SPR传感器,这种传感器目前在国内外仍基本处于理论研究阶段。传感器的SPR共振峰最低点随外部折射率的变化,既具有波长移动,还具有光强度变化,因此可以同时使用波长调制和光强度调制来获取传感信号。实验结合这两种调制方式,首次提出了一种提高分辨率的二维(2D)调制方法。作为一种新型调制方法,2D调制方法获得了6.53×10-5RIU的分辨率,比波长调制和光强度调制的分辨率都要高。5.首次提出了一种折射率检测范围可调节的新型光纤SPR传感器—基于纳米多孔SiO2介质层的液芯光纤SPR传感器。通过调节纳米多孔SiO2介质层的折射率,传感器可用于不同折射率区间的检测,论文中研究了高(1.42-1.44)、低(1.33-1.35)两个折射率区间的例子,结果表明只要选择合适的纳米多孔SiO2介质折射率,传感器能很好地工作于这两个区间,不仅如此,传感器的检测性能以及工作波段同样可以通过调节纳米多孔SiO2介质层的折射率来调节。
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212

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