【摘要】：表面等離激元(SPPs)所具有的獨特光學性質(zhì),使得它被廣泛地用于生物醫(yī)學成像、傳感、電化學、光電器件等各類領(lǐng)域,其中以其形成的表面等離子體共振的研究最為深入,根據(jù)色散關(guān)系的不同存在兩種類型的表面等離子體共振(SPR),一類是局域型(LSPR),另一類是傳導型(PSPR)。傳統(tǒng)的基于表面等離激元的傳感器均存在靈敏度不高、體積龐大等缺陷。在發(fā)展至今的光纖光柵傳感器中,傾斜光纖光柵(TFG)以高靈敏度、免標記、裝置精簡的優(yōu)點在傳感領(lǐng)域有較大的優(yōu)勢,其中大角度傾斜光纖光柵(ExTFG)具有小角度光纖光柵(TFBG)所不及的強偏振性、更高靈敏度等獨特優(yōu)點。本文將ExTFG與SPPs結(jié)合制作出高靈敏度生物傳感器,展開如下三部分研究內(nèi)容:(1)基于ExTFG-LSPR折射率傳感特性研究。分別使用金納米殼與星型金納米顆粒修飾ExTFG表面制作出ExTFG-LSPR傳感器,通過實驗對比這兩種ExTFG-LSPR傳感器的折射率傳感特性,結(jié)果表明修飾星型金納米顆粒的ExTFG傳感器TM、TE模的諧振波長折射率靈敏度分別提高~15.52nm/RIU、~12.8nm/RIU,但共振吸收效應(yīng)不明顯;而修飾大尺寸金納米殼的ExTFG在LSPR作用下,TM、TE模的波長折射率靈敏度分別提高~31.1nm/RIU和~26.99nm/RIU,同時,TM與TE模在C-L波段表現(xiàn)出明顯的共振吸收,強度折射率靈敏度分別為~10.17dB/RIU、~13.1dB/RIU。此外,分析靠近金納米殼吸收峰位置的短波段傳感器光譜后,得到其TM與TE模強度折射率靈敏度分別為~32.98dB/RIU、~23.8dB/RIU,表明越靠近金納米顆粒吸收峰位置,LSPR共振吸收越顯著。(2)基于ExTFG-LSPR傳感器的BSA分子檢測研究。在所制作的ExTFG-LSPR表面修飾牛血清白蛋白(BSA)單克隆抗體,構(gòu)成特異性生物傳感器完成對不同濃度的BSA溶液的檢測。實驗結(jié)果表明該傳感器的最低檢測極限(LOD)達到~0.075pM,同時與BSA濃度等級對應(yīng)的諧振波長偏移量與濃度之間滿足Langmuir吸附模型,根據(jù)此模型計算出該生物傳感器的解離系數(shù)(K_d)與親和系數(shù)(K_a)分別為~1.6×10~(-14)M和~6.25×10~(13)M~(-1)。此外,通過特異性實驗研究表明,該傳感器對BSA分子具有良好的特異性識別能力。(3)ExTFG-PSPR傳感器的性能研究與生物分子檢測。利用小型離子濺射儀在ExTFG表面鍍一層金膜進行折射率傳感實驗,通過對比鍍金膜前后ExTFG的光譜,表明TM�？梢耘c金膜的表面等離子體波產(chǎn)生作用激發(fā)PSPR效應(yīng);同時,鍍金膜后傳感器TM、TE模的波長折射率靈敏度分別提高~16.2nm/RIU、~12.5nm/RIU。在制作的ExTFG-PSPR傳感器表面修飾BSA單克隆抗體對不同濃度的BSA溶液進行檢測,初步驗證了該傳感器特異性檢測生物分子的可行性。
【圖文】：

.2.1 光纖表面等離激元生物傳感器自 1902 年 Wood 首次發(fā)現(xiàn) SPR 開始，F(xiàn)ano、Ritchie 等學者將 SPR 理論不斷發(fā)完善。Stern 和 Farrell 研究學者首次提出表面等離子體波（SPW）概念；隨后 O Kretschmann 基于全反射模型分別研究了利用棱鏡激發(fā) SPR；在 1992.C.Jorgenson 提出基于光纖結(jié)構(gòu)的 SPR 模型[23-24]，開創(chuàng)了光纖 SPR 傳感技術(shù)應(yīng)用河，并在延續(xù)至今的研究中得到了極大的發(fā)展。光纖 SPR 相較于傳統(tǒng)的棱鏡模有諸多優(yōu)點，，包括尺寸小、成本低廉、靈敏度高、防干擾性強、實時監(jiān)測等。至止，光纖 SPR 傳感器的研究與應(yīng)用仍在不斷發(fā)展。在光纖 SPR（包括 PSRP 和 LSPR）傳感器的眾多應(yīng)用中有一類是將生物物質(zhì)（蛋白質(zhì)、抗原抗體、DNA 等）修飾在光纖表面特異性地識別待測物，這類便是 SPR 生物傳感器。其利用待測物與生物敏感層的生物化學反應(yīng)會改變傳輸光譜性從而實現(xiàn)對生物化學物質(zhì)的監(jiān)測。光纖 SPR 生物傳感器根據(jù)傳輸方式不同主為在線傳輸式和終端反射式。（1）在線傳輸式光纖 SPR 傳感器結(jié)構(gòu)

種類型的結(jié)構(gòu)改變型光纖 SPR 生物傳感器被廣泛研究，、微納光纖 SPR 傳感器、D 型光纖 SPR 傳感器、U 型光示。Singh 等研究學者[25]發(fā)現(xiàn)激發(fā) SPR 效應(yīng)需將纖芯能纖包層去掉使得倏逝波倏逝到金屬銀薄膜層從而激發(fā) S利用共價鍵的結(jié)合方式連接到銀膜上，從而檢測不同濃微納光纖結(jié)合金屬納米粒子制作出高靈敏度的光纖 SPR膽紫溶液中的拉曼光譜，其靈敏度達到 1195nm/RIU；側(cè)面拋磨成D型光纖并在光纖表面依次沉積金膜與分子處檢測SPR共振峰的透射強度變化來檢測不同濃度的三用特殊形狀的金納米粒子具有多個 LSPR 峰的特點，與 D，得到折射率變化與波長漂移的良好線性關(guān)系；Bharad彎曲使其形成 U 型光纖，并在其上修飾金屬納米顆粒，SPR 傳感器，通過一系列的生物修飾檢測病原體，其檢反射式光纖 SPR 傳感器結(jié)構(gòu)
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TP212.3

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