《表面等离子体共振》PPT课件.pptx

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1、LOGO基于表面等离子体共振传感器介绍葛嘉葛嘉1034024014LOGOContentsSPR的基本原理SPR传感器的分类SPR传感器的应用SPR技术的特点LOGOSPR的基本原理的基本原理表面等离子体表面等离子体表面等离子体共振是一种物理光学效应。通常，金属和半导体内部与表面存在大量自由电子，形成自由电子气团，称之为等离子体（plasmon）。如果是存在于金属或者半导体内部的自由电子气团，则称为体等离子体；如果是存在于金属或者半导体表面的自由电子气团，则称为表面等离子体（surface plasmon）。LOGOSPR的基本原理的基本原理表面等离子体共振的基本条件表面等离子体共振的基本条件

2、存在表面等离子体。存在合适的激发源。激发源和等离子体之间必须满足一定的激发条件。LOGOSPR的基本原理的基本原理goss-hanchen位移LOGOSPR的基本原理的基本原理evanescent waves.倏逝波在全反射时光波并不是绝对地在介面上被全部反射回第一介质的，而是透入第二介质很薄的一层表面(约为一个波长)，并沿界面传播一些距离(波长量级)，最后返回第一介质。透入第二介质表面的这个波，称为倏逝波。LOGOSPR的基本原理的基本原理由于倏逝波的存在，光线在界面处的全反射将产生一个位移D，光线将沿着X轴方向传播一定距离。若光疏介质很纯净，在没有吸收和其它损耗的情况下，反射光能量不会衰减

3、，消失波在光疏介质中传播约半个波长后再返回光密介质。反之，反射光能量将损失。LOGOSPR的基本原理的基本原理LOGOSPR的基本原理的基本原理Kretschmann耦合模型是将几十纳米厚的金属薄膜覆盖在棱镜底部，待测样品置于金属膜下面，棱镜全反射产生的消失波透过金属膜，在金属与样品的界面处激发产生SPR现象。金属层一般约50nm,如果过厚则无法产生SPR现象。Kretschmann模型在SPR器件中广泛应用。LOGOSPR的基本原理的基本原理LOGOSPR的基本原理的基本原理在Otto模型中，棱镜与金属之间有一层很薄的样品，厚度约为入射光波长大小，棱镜全反射产生的消失波在样品与金属界面处发生

4、耦合，激发产生SPR现象。由于这种模型建立起来比较困难，目前绝大部分SPR传感器已经不采用这种模型了。LOGOSPR的基本原理的基本原理共振角：波长固定时，反射率最低时对应的入射角。LOGOSPR的基本原理的基本原理不同样品对应的共振角不同不同样品对应的共振角不同LOGOSPR的基本原理的基本原理 图为定角度范围入射型SPR传感器，入射光源一般选择单色性好的激光器，光源经过光学系统处理后以一定的角度范围汇聚在棱镜与金属膜的界面上，反射光用二极管阵列接收。LOGOSPR的基本原理的基本原理 图为角度旋转入射型SPR传感器，入射光源一般选择单色性好的激光器，利用机械装置来控制光源或者棱镜，使入射光

5、相对棱镜的入射角不断的变化，变化的范围可人为控制，反射光用光电倍增管接收。LOGO角度入射型角度入射型SPR的特点的特点 以上两种都是角度入射型SPR传感器，不同的是一个是定角度范围入射，一个是角度旋转入射，最后获得的都是入射角与反射率之间的相关数据。角度旋转入射型SPR传感器有着它不可避免的缺点，由于旋转角度需要一定时间，如果待测样品的折射率改变迅速，则此类型SPR传感器无法得到每个时刻样品折射率变化的信息，因此角度旋转入射型SPR传感器只适用于折射率变化缓慢的样品。另外，由于机械装置的存在，不可避免的将引入机械装置自身的误差，从而导致最终探测结果的误差增大。LOGO多波多波长入射型入射型S

6、PR传感器感器 角度固定，通过测量入射光波长与反射率或者入射光波长与相位之间的关系曲线来获取所需要的相关数据。LOGO多波长入射型多波长入射型SPR的特点的特点 对于多波长入射型SPR传感器，入射光源一般选择多波长光源，如LED、白炽灯等，光源需要能够发出各个波长的光，并且强度稳定，完全理想的这种强度大、稳定性好的连续光源很难找到。光源经过光学系统后成为一束平行光，然后入射到棱镜与金属界面上，反射光用光谱仪或相位仪接收。波长入射型SPR传感器相对角度入射型SPR传感器来说，受电子干扰、电源抖动等影响小，但其反射光相关数据的获取必须借助专门的仪器，实用化会导致成本很高。因此，多波长入射型SPR传

7、感器一般用于科学试验研究中。LOGOSPR传感器的分类传感器的分类 之前介绍的都是棱镜耦合的SPR传感器，棱镜耦合方式比较传统，结构比较简单，应用最为广泛。但是传感器体积较大,不能用于远程传感测量。除了棱镜耦合SPR传感器外，比较常见的还有光纤型和光栅型SPR传感器，都有各自的优缺点。LOGO基于光纤耦合的基于光纤耦合的SPR传感器传感器 在在线传输式式SPR光光纤传感器感器LOGO在在线传输式式SPR光光纤传感器感器特点特点该模式是将一段光导纤维的包层剥去,在光纤芯核上沉积一层高反射率金属膜。普通石英阶梯指数光纤数值孔径一般为03,光纤内部可传播光线的角度范围为78590。在此角度范围,光线

8、在光纤芯核与包层的界面上发生全内反射,渗透过界面的消失波将在金属膜中引发表面等离子体子,并在满足一定条件下与之共振。LOGO基于光纤耦合的基于光纤耦合的SPR传感器传感器 终端反射式端反射式SPR光光纤传感器探感器探头LOGO终端反射式端反射式SPR光光纤传感器特点感器特点 在光线传输过程中，首先经过下金属膜表面发生SPR，共振光接着传输至微全反射镜被反射回去，此共振光再经过上金属膜表面发生第二次SPR后传输出光纤。与在线传输式装置相比较，这种装置由于发生两次SPR，传感部位的光纤长度可减少1/2。终端反射式光纤SPR传感器适合用做一种光纤探针来进行远距离测量。LOGO光光栅耦合耦合SPR传感

9、器感器散射光将按照不同的散射角度被散射，某一散射光的动量在界面方向上的投影会与金属薄膜发生共振。LOGO光光栅SPR传感器特点感器特点与棱镜耦合的方式类似，基于光栅耦合方式的SPR传感器也可以通过检测反射光强度分布或波长分布两种方式来获得SPR曲线。光栅SPR传感器应用不够广泛，其原因是除了在光栅制作方面有一定难度外，在分析应用上也存在一定的问题。LOGOSPR传感器的特点感器的特点与传统的相互作用技术如超速离心、荧光法、热量测定法等相比,SPR生物传感器具有如下显著特点:(1)实时检测,能动态地监测生物分子相互作用的全过程;(2)无需标记样品,保持了分子活性;(3)样品需要量极少,一般一个表

10、面仅需约1g蛋白配体;(4)检测过程方便快捷,灵敏度高；LOGOSPR传感器的特点感器的特点(5)应用范围非常广泛;(6)高通量、高质量的分析数据;(7)能跟踪监控固定的配体的稳定性;(8)对复合物的定量测定不干扰反应的平衡;(9)大多数情况下,不需对样品进行预处理;(10)由于SPR基于对未穿透样品的反射光的测量,所以检测能在混浊的甚至不透明的样品中进行。LOGOSPR传感器的感器的应用范用范围抗原-抗体反应测定蛋白质相互作用分析DNA与蛋白质相互作用分析实时监测DNA分子间的相互作用药物筛选及鉴定LOGOSPR传感器商品感器商品仪器器现状状随着SPR研究工作的迅速开展,SPR仪器已商品化。目前已有4个仪器公司生产SPR仪器,它们是瑞典的Biacore AB公司(原名称为Pharmacia Bio-tech),英国的Windsor Scientific公司,美国的Quan-tech公司和Texas Instruments公司。LOGO