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表面等离子共振技术原理
来源: | 作者:澳门沙金研发部 | 发布时间: 2018-08-27 | 12716 次浏览 | 分享到:
《表面等离子共振检测技术简介与进展》第一部分

  表面等离子共振是一种光学现象。

        表面等离子体共振(
Surface plasmon resonance, SPR),是指当在金属和电介质界面处入射光场满足一定的能量与动量匹配条件下所激发金属表面的自由电子相干振荡而产生表面等离子体的一种物理现象。

        
1902年,Wood等人在研究金属光栅衍射时首次发现了SPR现象。1960年,SternFarrell首次提出了表面等离子体的概念;当一束电磁波从电介质经由界面入射至金属时,自由电子会在电介质与金属表面处累积产生表面极化电荷,这些表面电荷密度的空间分布沿着金属表面产生纵波形式的振荡,此即金属的表面等离子体波( Surface Plasmon Wave, SPW ) 。当入射电磁波沿界面方向波矢分量与SPW的波矢相同时,即可激发表面等离子体共振现象(Surface Plasmon Resonance, SPR)。入射电磁波的能量被SPW吸收,使得反射电磁波能量急剧下降,在反射光谱上可以观察到明显的吸收峰,此时入射电磁波的角度被称作SPR角(共振角)(如图1所示) [1]



1SPR现象示意图

        当金属薄膜附近介质折射率变化时,共振吸收峰位置也随之变化。通过对SPR角位置的测量,即可得到金属薄膜附近介质折射率的变化情况。附近介质折射率变化情况一般受到待测溶液中的物质的浓度的变化情况影响。所以通过测量SPR角的变化情况可以完全反应待测溶液中的一些产生反应的情况。这就是SPR检测技术的基本原理。



        基于
SPR检测原理开发的传感器,通过与生物薄膜技术相结合,可以在金属膜表面印刷能特异性结合的生物表面基质;然后通过生物偶联等方法在生物表面基质层上包被特定的蛋白,SPR生物传感器便能对溶液中特定的生物分子进行生物测量。与传统的检测技术手段相比,SPR生物传感器由于其检测灵敏度高、样品溶液消耗小、样品无需标记和纯化、可实时监测化学生物反应过程等优点,近年来在环境监测、食品安全、药品研发、医学诊断等方面得到了广泛应用。