光纖集成式平面光子晶體SPR感測實時定量監測系統

《光纖集成式平面光子晶體SPR感測實時定量監測系統》是依託復旦大學，由陸冰睿擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光纖集成式平面光子晶體SPR感測實時定量監測系統
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陸冰睿

項目摘要

金屬性納米亞波長平面光子晶體的表面電漿共振（SPR）透射增強光譜的波峰位置與光子晶體表面生物分子的折射率間具有密切的關係。本項目利用該關係製備光纖式平面金屬光子晶體SPR感測集成系統，對生物化學現象進行非破壞性實時定量分析，並以蛋白分子材料表面吸附過程的監測為實例進行成果展示。以數值計算和FDTD計算機模擬相結合為理論基礎對器件結構和材料建模，參考檢測實際情況細化模型，採用電子束光刻、納米壓印、干涉光刻等納米加工方法製備平面器件，並設計全新工藝技術將器件集成於光纖頂端，並與光源、光譜儀形成監測系統，對材料的生物化學演化進行實時監測，實現分析的定量化，通過記錄實現各控制參數對生物過程影響的控制與檢測，為納米尺度小樣本生化研究提供實時監測的研究手段，為認知其內在過程創造條件。該研究手段有望發展成為一種生物醫療的科研設備，或延伸到其他套用，如材料分析，血液分析，毒物分析，藥物測試及環境監測。

結題摘要

金屬性納米亞波長平面光子晶體的表面電漿共振（SPR）透射增強光譜的波峰位置與光子晶體表面覆蓋材料的平均折射率間具有密切的關係。本項目研究二維金屬光子晶體與SPR信號的內在關在線上理，建立利用二維金屬光子晶體特殊結構和表面特定金屬材料層產生的SPR增強信號進行生物檢測與監測的模型，以此為基礎對新型非平面納米加工技術進行開發性研究，製備光纖式平面金屬光子晶體SPR感測集成系統，對材料進行非破壞性實時定量分析。本項目的研究按照項目計畫中“建立簡單模型——納米工藝研究——設計參數最佳化——系統集成——實例演示”的路線進行展開，在具體工作中將模型計算和納米工藝研究並進，在完成兩者的最佳化設計後實現系統集成的研究並完成演示，在結構的物理原理研究和納米工藝技術的研究方面均有進展，達到研究目標。對納米平面金屬材料光子晶體的結構進行多種設計比較，包括空心環狀單元、緊密排列納米金屬柱、圓孔陣列以及底部帶有金屬盤的圓孔陣列，研究其本徵SPR特性的研究及在生物化學檢測中的回響特性；針對每種結構進行了相應的納米工藝研究，以電子束光刻為前期基礎，針對不同設計所製備的器件進行工藝設計，注重於提高納米加工的尺度和精度，其後以電子束光刻結合反應離子刻蝕等工藝手段製備壓印模板，用於光纖集成的納米壓印工藝開發。在完成系統集成後，進行了化學檢測的光譜檢測演示和色譜檢測演示，實現研究目標。本項目研究中，對多種納米結構的SPR特性的系統研究為未來相應工作打下了堅實的基礎，其中開發的10nm線寬電子束工藝、超高高寬比金屬柱陣列電鍍工藝、對底部金屬圓盤的納米孔陣結構的共振能級分裂機制的研究在國際上均具有前沿性，是較為成功的研究成果。本項目的研究工作可以創造一個實時監測的研究手段，提供大量數據，為實現生物分析的定量化研究提供了可能；能夠延伸到其他套用領域，如材料分析，血液分析，毒物分析，環境監測，光刻膠折射率檢測，高分子材料交聯固化機理研究等；能夠利用溫度、濕度、營養等控制參數對生物體演化過程的影響，通過實時監測進行記錄，完成對該過程的控制與監測；有助於對生物演變的內在過程的認知和探究；還可用於藥物試驗，檢測藥物對生物的影響；並有望發展成為一種生物醫療的科研設備，為進一步的向醫療診斷髮展提供研究方向； 在此基礎上最終提高醫療保健水平，提高人民生活質量。