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▌R1 定制系统在 SPR 传感检测中的应用
一种可实现表面等离子体共振传感检测的宏观角分辨光谱定制系统及解决方案


   光谱系统定制      SPR 传感器      角分辨光谱         

【概述】表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)是一种物理光学现象,SPR 技术已经成为当今科学研究的重要手段,在生物学检测、临床诊断与遗传分析、食品工业及环境监测等领域都有着关键的应用。SPR 传感器是表面等离子体共振仪中的核心部件,常见的传感器结构有棱镜耦合型、光纤型及光栅型三种,其中,棱镜耦合方式的传感结构简单,应用广泛。
棱镜耦合型表面等离子体共振体系示意图
图1,棱镜耦合型表面等离子体共振体系示意图

棱镜耦合型 SPR 测试装置实现精确检测的关键在于稳定的光源、精准的角度控制系统以及宽泛的角度探测范围。 R1 角分辨光谱系统是复享光学一款针对毫米级尺度样品开发的角分辨光谱测试系统。基于 R1 而面向 SPR 应用的角分辨光谱定制系统,可以轻松获取反射率随角度与波长而变化的 SPR 光谱,是表面等离子体共振检测的重要工具。
      
      【样品 & 测试】一个典型的 棱镜耦合型 SPR 系统 包含了光源、棱镜、带金属膜的传感芯片、流通池以及探测器(图1)。当一束 P 偏振光穿过棱镜照射在金属膜表面发生全内反射时,产生的消逝波(Evanescent Wave)渗透到金属膜,在金属与样品界面处激发了 SPR 现象。在特定的入射波长与角度条件下,探测器通过检测来自不同方向不同强度的反射信号,从而获取 SPR 光谱信息(图2A)。
      
SPR 光谱及其应用
图2,SPR 光谱及其应用

表面等离子体共振现象发生时,共振角度及共振波长受金属表面介质的折射率影响存在一定的变换关系,如 图2B 所示。SPR 研究正是利用传感芯片对介质折射率变化的高敏感特性,从而实时追踪整个共振体系性质的动态变化。如 图2C 所示,在固定波长条件下,通过探测共振角度随介质折射率的同步变化,实现了对抗原与抗体作用过程的实时监测。
复享光学为 SPR 应用提供的解决方案
图3,复享光学为 SPR 应用提供的解决方案

R1角分辨光谱测量支架 为基础,结合棱镜耦合型 SPR 传感结构,是复享光学为实现表面等离子体共振应用而构造的 宏观角分辨光谱定制系统。棱镜耦合结构经特殊设计固定于多维精密调节台上,保证了光学器件与样品的紧密配合,提高了器件的耦合效率。该系统最大的特点是打破了传统 SPR 测试设备固定波长多角度调制、固定角度多波长调制的局限,在 0.1° 的角度步进下,0~90° 范围内可以设置任意固定角度的入射与多角度同步或异步接收,同时实现宽至 250~2500nm 的光谱测量,这充分考虑了表面等离子体共振研究对于波长与角度变化的高度依赖性。
【总结】运用表面等离子体共振原理的科学检测已然成为一种越来越热门的研究技术。复享光学的角分辨光谱定制系统巧妙利用了棱镜耦合型 SPR 传感结构简易与稳定的特点,充分发挥了 R1 测量支架超宽波段光谱测量与精确角度分辨能力的优势,完好实现了 SPR 波长与角度调制的统一,有效提高了 SPR 传感实验的检测效率,可以为从事表面等离子体共振技术应用的科研人员提供高效的解决方案。
【参考文献】
       Wilson, W. David. "Analyzing Biomolecular Interactions." Science 295.5562(2002):2103-2105.  Link 
       Rhodes, Crissy, et al. "Surface plasmon resonance in conducting metal oxides." Journal of Applied Physics 100.5(2006):054905-054905-4.  Link 
       http://losegolab.gatech.edu/Interfaces/SPR.html  Link 
      
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