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表面等離子共振技術(shù)原理
來源: | 作者:英柏研發(fā)部 | 發(fā)布時(shí)間: 2018-08-27 | 15910 次瀏覽 | 分享到:
《表面等離子共振檢測技術(shù)簡介與進(jìn)展》第一部分

  表面等離子共振是一種光學(xué)現(xiàn)象。

        表面等離子體共振（Surface plasmon resonance, SPR），是指當(dāng)在金屬和電介質(zhì)界面處入射光場滿足一定的能量與動量匹配條件下所激發(fā)金屬表面的自由電子相干振蕩而產(chǎn)生表面等離子體的一種物理現(xiàn)象。

        1902年，Wood等人在研究金屬光柵衍射時(shí)首次發(fā)現(xiàn)了SPR現(xiàn)象。1960年，Stern和Farrell首次提出了表面等離子體的概念；當(dāng)一束電磁波從電介質(zhì)經(jīng)由界面入射至金屬時(shí)，自由電子會在電介質(zhì)與金屬表面處累積產(chǎn)生表面極化電荷，這些表面電荷密度的空間分布沿著金屬表面產(chǎn)生縱波形式的振蕩，此即金屬的表面等離子體波( Surface Plasmon Wave, SPW ) 。當(dāng)入射電磁波沿界面方向波矢分量與SPW的波矢相同時(shí)，即可激發(fā)表面等離子體共振現(xiàn)象(Surface Plasmon Resonance, SPR)。入射電磁波的能量被SPW吸收，使得反射電磁波能量急劇下降，在反射光譜上可以觀察到明顯的吸收峰，此時(shí)入射電磁波的角度被稱作SPR角（共振角）（如圖1所示） [1]。



圖1：SPR現(xiàn)象示意圖

        當(dāng)金屬薄膜附近介質(zhì)折射率變化時(shí)，共振吸收峰位置也隨之變化。通過對SPR角位置的測量，即可得到金屬薄膜附近介質(zhì)折射率的變化情況。附近介質(zhì)折射率變化情況一般受到待測溶液中的物質(zhì)的濃度的變化情況影響。所以通過測量SPR角的變化情況可以完全反應(yīng)待測溶液中的一些產(chǎn)生反應(yīng)的情況。這就是SPR檢測技術(shù)的基本原理。



        基于SPR檢測原理開發(fā)的傳感器，通過與生物薄膜技術(shù)相結(jié)合，可以在金屬膜表面印刷能特異性結(jié)合的生物表面基質(zhì)；然后通過生物偶聯(lián)等方法在生物表面基質(zhì)層上包被特定的蛋白，SPR生物傳感器便能對溶液中特定的生物分子進(jìn)行生物測量。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)手段相比，SPR生物傳感器由于其檢測靈敏度高、樣品溶液消耗小、樣品無需標(biāo)記和純化、可實(shí)時(shí)監(jiān)測化學(xué)生物反應(yīng)過程等優(yōu)點(diǎn)，近年來在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、藥品研發(fā)、醫(yī)學(xué)診斷等方面得到了廣泛應(yīng)用。