《基於金屬薄膜-顆粒複合結構的光纖SPR感測器研究》是依託東北大學，由胡海峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於金屬薄膜-顆粒複合結構的光纖SPR感測器研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡海峰
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
表面電漿共振（SPR）效應可以有效地將光波限制在金屬納米結構表面，這種光局域增強效應說明其共振特性對金屬結構表面的介電環境變化非常敏感，因此SPR適合於開發高靈敏度的新型光學感測器件。光纖SPR感測器不僅保持了傳統SPR感測器的高靈敏度，同時，還具有結構緊湊、便於攜帶、可遠程感測等特點，在臨床醫學、生物製藥以及生物工程領域具有很大的套用潛力。本課題提出可用於生物化學檢測的新型的光纖SPR感測原理及結構，將金屬薄膜表面的SPR效應和金屬顆粒結構的局域表面等離激元共振（LSPR）相結合，利用這種顆粒-薄膜複合型金屬納米結構實現高靈敏度光纖SPR感測器。研究內容包括：建立用於計算金屬納米結構消光特性的理論模型；設計適合於光纖SPR感測的金屬納米結構；製備基於該結構的光纖SPR感測器；SPR信號光譜峰值位置改變實現對液體折射率的高靈敏度檢測。
結題摘要
本項目對基於金屬納米複合結構的光纖表面等離子共振（SPR）感測器進行了系統的研究，並通過引入敏感薄膜實現了高靈敏度的葡萄糖濃度測量。在理論方面基於Maxwell方程分析了表面電漿波導模式耦合過程，局域表面電漿共振特性以及金屬納米結構對光的散射機制。根據建立的理論模型，對感測器的結構參數進行仿真最佳化，確定了光纖SPR感測器金屬膜種類、金屬膜厚度、感測區長度，以及光纖結構的最優幾何參數等。開展了基於化學方法製備銀納米薄膜的工藝研究，以及金屬納米顆粒製備工藝研究，同時對楔形光纖、多模-單模-多模光纖和側邊拋磨光纖結構的加工方法進行研究。通過與不同類型的光纖結構結合，製備了三種不同類型的光纖SPR感測結構，並對它們的感測特性進行測試，通過不同結構的感測機理，可以發現側邊拋磨結構可以更好地利用光纖的倏逝場激發SPR，靈敏度更高，結果表明側邊拋磨光纖SPR感測器靈敏度可達4399.207nm/RIU，且結構更易被敏感材料和金屬納米顆粒修飾。為了提高感測器對葡萄糖濃度敏感特性，在感測區表面修飾葡萄糖氧化酶敏感膜，可以與被測葡萄糖分子產生特異性結合，提高檢測精度。在葡萄糖濃度為0mg/dL~200mg/dL 的範圍內，感測器共振波長與濃度之間存在較好的線性關係。檢測靈敏度為0.0572nm/mg·dL-1，比未修飾時提高了約6 倍。同時，感測器的穩定性測試結果較好，葡萄糖濃度單點測量的標準偏差小於10-3。本項目研製的感測器具有高精度、免標記、非破壞性、可實現線上實時檢測的優勢，在生物醫學檢測領域具有一定的套用潛力。
