多光束干涉高靈敏表面等離子共振檢測機理與套用研究

《多光束干涉高靈敏表面等離子共振檢測機理與套用研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由張洪艷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多光束干涉高靈敏表面等離子共振檢測機理與套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張洪艷
• 依託單位：中國科學院理化技術研究所

項目摘要

表面電漿共振是金屬納米結構非常獨特的光學特性，由此發展起來的表面等離子共振檢測技術具有無螢光標記、回響快、能實時檢測等優點，已在生物、化學、醫藥等領域得到廣泛套用。但在某些領域的超微量物質檢測中，其靈敏度遠遠滿足不了檢測要求，因此亟待發展新型高靈敏度表面等離子共振檢測技術以適應微量檢測的需要。本項目在多光束干涉腔內插入表面等離子共振結構，在產生多光束干涉的同時，入射光激發了金屬表面產生電漿，光頻率與等離子頻率相同時產生表面電漿共振，獲得包含有表面等離子共振信息的多光束干涉光譜。金屬納米構造產生的表面等離子共振信號對多光束干涉光譜具有一定的調製作用，可較大幅度提高檢測靈敏度。在此基礎上，採用化學方法在納米構造上修飾對腫瘤標記物具有回響的生物敏感膜，實現對血液中腫瘤標記物的特異性檢測。該項目的研究對發展新型高靈敏檢測技術具有重要理論和實際意義。

結題摘要

表面等離子共振檢測技術具有無螢光標記、回響快、能實時檢測等優點，已在生物、化學、醫藥等領域得到廣泛套用。但在某些領域的超微量物質檢測中，其靈敏度遠遠滿足不了檢測要求。我們採用多層膜、表面等離子共振調製多光束干涉、金屬納米構造等的表面等離子共振光譜，用化學方法在納米構造上修飾上對汞離子、腫瘤標記物、抗生素、脂多糖等重要生物物種具有回響的生物敏感膜，研製出可用於PBS溶液中人IgG、水和血清中汞離子、PBS和血清中前列腺特異性抗原、牛奶中鏈黴素、純水中脂多糖檢測的具有自主智慧財產權高靈敏表面等離子共振感測元件。項目執行過程中主要取得了以下幾方面的成果：a.製備了多層膜結構表面等離子共振元件比單層金膜元件靈敏度提高約5%；b.採用自主智慧財產權的表面等離子共振檢測系統，利用汞離子與特殊結構單鏈DNA形成的T–Hg2+–T結構，實現了純水和自來水腫0.01 ng/ml汞離子的超高靈敏檢測，遠遠低於美國EPA規定的要求；c.建立了一套能夠從波長調製型轉換成角度調製型的稜鏡耦合SPR檢測系統，檢測了抗原抗體相互作用動力學過程；d.將表面等離子共振技術與雷射掃描共聚焦技術結合，研製成功雷射掃描共聚焦表面等離子共振儀，實現了在獲取分子間相互作用的動力學信息的同時，對分子間相互作用過程的原位實時成像觀察，並能用於細胞特異性作用蛋白的篩選中；e.通過建立模型最佳化結構，製備了多層光束干涉表面等離子共振元件，實現了血清中前列腺特異性抗原的檢測，檢測限可以達到0.01 ng/ml，遠低於血液檢測中1ng/ml的檢測限；f. 製備了表面功能化的金納米顆粒，利用金納米顆粒聚集態表面等離子共振光譜實現了50ppb牛奶中鏈黴素和3.3 × 10–10 mol/L注射用水中脂多糖的檢測；g.設計合成了與脂多糖具有特異性作用的聚噻吩分子，實現了270 pM脂多糖的檢測，改善分子有望實現表面等離子共振元件對脂多糖的超高靈敏檢側。以上結果在Chemical Communications，Nano Research，Chinese Physics B，SPIE等國際刊物上發表文章17篇， 其中期刊文章15篇，會議論文3篇，正在修改的Biosensors and Bioelectronics文章1篇，申請專利3項，還有4篇文章正在整理，培養在讀博士和碩士各1名，畢業博士2名，完成了項目的預期目標。