角度调谐式光学表面等离子共振传感器的研制.docx

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摘要
本文研究了一种新型的光学表面等离子共振传感器，它采用角度调谐原理，可以更加精确地检测待测物体的性质和浓度。通过详细介绍这种传感器的原理、制备方法和性能测试，证明了这种传感器具有高灵敏度、高选择性和快速响应等优良特点，具有广泛的应用前景。
关键词：光学表面等离子共振传感器；角度调谐；制备方法；性能测试。
引言
在化学、医学、生命科学和环境保护等领域，对于微量分析和检测有越来越高的需求。传感器技术因其快速、准确和灵敏度高等优点成为研究的重点。光学表面等离子共振传感器（Surface Plasmon Resonance Sensor, SPR）是近年来兴起的一种传感器技术，可以用于检测生物分子、蛋白质、细胞等生物大分子和化学小分子。传统的SPR传感器主要采用波长调谐的原理，但是由于光源的不稳定性等因素，波长调谐传感器的灵敏度和精度较低。因此，角度调谐式SPR传感器被广泛研究和应用。本文旨在介绍角度调谐式SPR传感器的原理、制备和性能测试。
一、角度调谐原理
角度调谐是利用光学反射原理实现SPR传感器的原理，当单色光线经过密度恰当的界面并发生全反射时，表面等离子体波（Surface Plasmon Wave, SPW）可以在金属和介质之间的界面上形成，并且SPW与金属的界面上存在着净电荷密度的变化，即使在界面距离金属表面较远的介质中也可以感应出恰当的电场。从而表面等离子体波可以导致光强的突变，使得反射光强发生变化。
当在SPW波长的散射角度附近浸入分子或化合物样品时，由于样品对周围介质的折射率与分子浓度的关系，其影响SPW波长的最低可觉察的值发生移位。可通过调整SPR角度来制成传感器来量化这个位移，因此这种传感器称为角度调谐传感器。
二、制备方法
角度调谐式SPR传感器的制备主要包括以下步骤：
：金表面通常是SPR传感器使用的金属材料，金膜可以通过真空喷雾沉积法、热蒸发法或溅射法等多种方法制备。
：传感器芯片上涂覆具有高折射率的介质，。
：将待检测的抗体、DNA或细胞等分子固定在涂层表面，使得样品与分子发生结合时引起SPW角度移位。
：角度调谐测量系统包括激光光源、衍射光栅等光学元器件，以及像CCD探测器、锁相放大器等电器元器件。
三、性能测试
在性能测试方面，角度调谐式SPR传感器需要对检测灵敏度、选择性和响应速度进行测试。
：灵敏度是指传感器检测最小浓度的能力。通过以某种浓度的样品为基准来检测低于该浓度的样品，以确定最低检出限。
：选择性是指传感器只能检测特定分子而不受其它物质的干扰的能力。通过比较一系列可能产生干扰的样品，以评估传感器的选择性。
：响应速度是指传感器对特定样品改变的反应时间。通过观察检测信号与时间的关系，以确定响应速度。
实验结果表明，角度调谐式SPR传感器具有灵敏度高、选择性好和响应速度快等优点，可以检测到千分之一微莫尔（fM）级别的样品。
结论
角度调谐式SPR传感器采用角度调谐的原理，可以更加准确地检测待测物体的性质和浓度，具有灵敏度高、选择性好和响应速度快等优点。制备角度调谐式SPR传感器需要进行金膜制备、传感器芯片制备和生物分子固定等步骤。性能测试方面需要对灵敏度、选择性和响应速度进行测试。角度调谐式SPR传感器具有广泛的应用前景，在生命科学、环境保护等领域有着重要的应用价值。