一种小型化SPR生物传感器的设计与实现

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浅谈SPR生物传感器

金属表面的自由电子相互作用，激发 SPW（纵波）。当入射光
的沿着光疏光密介质交界面方向的波矢分量跟 SPW 的波矢相同时，消逝波跟 SPW 将产生强烈耦合，此时入射光能量大部分被吸收（光的能量转移到表面等离子体和金属损耗层），从而使全反射时的反射光能量下降达到一个极小值，在反射光谱上出现共
振峰。也即是激发了表面等离子体共振 SPR。
上图为三种SPR生物传感器，（a）为棱镜SPR，（b）为光栅SPR，（c）为波导SPR。尽管棱镜最常用于 SPR传感器，但光栅与波导SPR也具有自身的优点，光栅传感器生产成本低，材料来源广，而波导传感器形态多样，
能够设计成平面和光纤等构造。
SPR 传感器的检测方式
SPR 传感器检测反射光谱跟入射光之间的关系有多种
检测方式の相位调制
固定入射光波长及角度
读取反射光与入射光的相位差
在相位调制工作模式下，探测光为单色光（激光），入射光波长单一，入射光角度固定。待测介质的折射率 n、膜厚 d，浓度等参数都可以通过检测反射光波和入射光波之间的相位差来求出。目前基于相位调制技术的 SPR 传感器主要有外差干涉法，M-Z 干涉仪法和椭偏法等。
方法，一般分为角度调制(angle modulation，AM),波长调制 (wavelength modulation，WM) ，强度调制(intensity modulation，IM)和相位调制(phase modulation，PM)。其中波长调制和强度调制的应用比较广泛，角度调制受到扰动影响产生的误差较大，相位调制灵敏度最高，但是检测系统也是最复杂的，对应用的普及有一定限制。
5/25
检测方式の强度调制
固定入射角及波长调节入射光光强读取共振峰位置

SPR生物传感芯片研发技术背景

第一部分SPR生物传感芯片研发技术背景1.1SPR生物传感芯片的制备技术传感芯片是整个SPR系统的核心。

SPR传感芯片可以是金属膜本身，但由于这种传感芯片没有选择性，只能在特定条件下采用，故常在金属膜表面固定一层具有分子识别功能的敏感膜。

目前大多数SPR装置使用的都是金膜，迄今为止，有关金膜的修饰方法主要有如下几类：1.1.1物理吸附技术将物质分子通过简单的物理吸附的方法吸附在传感芯片表面，分子与金膜之间通过疏水作用、静电作用、范德华力等结合在一起，这是SPR技术最初应用时采用的方法。

该技术的特点是方法简单，适用于许多种类的物质分子。

但是这个方法的缺点也是明显的，即物质分子在芯片表面吸附的不牢固，时间长会脱落; 难以形成稳定的分子；固定量也难以控制；生物分子在金表面容易丧失活性，尤其是在温度、酸碱度以及离子强度发生变化时更易失活；固定分子的取向也难以控制。

1.1.2LB膜技术LB膜技术是20世纪20-30年代由美国科学家Langmuir及其学生Blodgett 建立的一种单分子膜堆积技术。

它的基本原理是：将带有亲水头基和疏水长链的两亲性分子在亚相表面铺展形成单层膜，然后将这种气/液界面上的单层膜在恒定压力下转移到基片上，形成LB膜。

按改变膜转移时基片表面相对于水面的不同运动方向，可以把LB膜的制备分成X、Y和Z三种方式。

将基片表面垂直于水面向下挂膜，使成膜分子的疏水端指向基片，称X法；将基片反向从水下提出挂膜，使成膜分子的亲水端指向基片，称Z法；将基片上下往返运动挂膜，使各层分子的亲水和疏水端依次交替指向基片，称Y法。

LB膜与其他膜相比具有以下特点：(1)膜的厚度可以从零点几纳米至几纳米；(2)高度各向异性的层状结构；(3)理论上具有几乎没有缺陷的单分子层膜；LB膜法实质上是一种人工控制的特殊吸附方法，可在分子水平上实现某些组装设计，完成一定空间次序的分子组合。

通过该方法可以将液面上有序排列的某些有机分子逐层转移到固定基片上，实现基片上的特定分子的高度有序排列。

spr的原理和应用

SPR的原理和应用1. SPR的概述表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种广泛应用于生物传感和化学分析等领域的表征技术。

SPR技术基于光学原理，通过固体表面与介质中的电磁波的相互作用来分析材料界面的性质。

2. SPR的原理SPR技术基于薄膜金属与介质中的电磁波的相互作用，其原理如下： - 当一束平行入射的光照射到金属与介质的界面上时，部分光被反射回来，部分光经过金属薄膜进入介质。

当入射角满足特定条件时，表面等离子体引起的能量耗散将达到最大值，此时称为共振角。

- 共振角的大小与金属薄膜的厚度、折射率及入射光的波长等因素有关。

- 当在金属与介质的界面上存在分子吸附或离解反应时，改变了界面的折射率，从而会影响反射光和透射光的强度，这种改变可以通过测量光强来检测和定量。

- SPR技术通常以角度扫描或波长扫描的方式进行测量，通过监测共振角的变化来获得样品的特征信息。

3. SPR的应用SPR技术在生物传感、化学分析等领域有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用领域：3.1 生物传感器SPR技术可以用于构建生物传感器，通过检测生物分子与金属表面的相互作用来实现对生物分子的检测和分析。

•基于SPR的生物传感器可以用于监测蛋白质、核酸、病毒等生物分子的结合和解离过程，从而实现对生物分子的检测和定量分析。

•SPR传感器的灵敏度高、实时性强，可以用于生物医学、食品安全、环境监测等领域。

3.2 化学分析SPR技术在化学分析中也有重要的应用。

•SPR技术可以用于研究溶液中化学反应的过程，通过监测界面折射率的变化来观察反应的动力学过程。

•可以通过SPR技术对化学反应的速率常数、平衡常数等进行测量和计算，为化学反应的研究提供了重要的手段和方法。

3.3 薄膜研究SPR技术在薄膜研究中也有广泛的应用。

•SPR技术可以用于研究薄膜的光学性质、电学性质等，通过改变金属薄膜的厚度、材料以及外界参数的影响来研究和调控薄膜的性质和功能。

生物传感器的制备及应用

生物传感器的制备及应用[摘要]生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。

因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测,特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点,从最先提出生物传感器的设想至今,其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。

在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。

特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合,正改变着传统医学、环境科学动植物学的面貌。

[关键词]生物传感器应用纳米材料一、生物传感器的原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成的生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸等[1]。

信号分析部分通常又叫做换能器,它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等。

物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程,最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据。

生物传感器识别和检测待测物的一般反应过程为:首先,待测物分子与识别元素接触;然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来;接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后,使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换,将输出信号转化为可识别的信号。

生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。

生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素;识别元素与待测分子的亲合力,以及换能器和检测仪表的精密度,在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

二、生物传感器的分类根据所用换能器和监测物理量、化学量和生物量可分为电化学生物传感器[2]、光学生物传感器[3]和压电生物传感器[4]等。

生物传感器的工作原理与应用

生物传感器的工作原理与应用随着科技的不断发展，生物传感器已成为重要的生命科学研究工具和应用技术。

它可以精准地检测生物分子的存在和浓度，从而实现生物诊断、药物筛选、环境监测等诸多应用。

本文将从生物传感器的工作原理、分类、应用以及发展前景等方面进行探讨。

一、生物传感器的工作原理生物传感器是由生物分子识别和转换技术和电化学分析技术组成的一种分析工具。

它的工作原理就是利用生物分子对特定物质的选择性识别和结合作用，将生物识别信号转化为电信号或光信号，通过电化学或光计量手段实现测量。

生物传感器的基本组成包括识别层、变换层和信号处理层。

识别层是生物传感器中最核心的组成部分，它的主要功能是识别特定的生物分子。

一般而言，识别层包括生物分子、表面修饰剂和介体层。

其中，生物分子可以是抗体、DNA、RNA、酶、细胞、分子印迹聚合物等，它们通过特定的结构和化学亲和力与待检测物质发生特异性结合，从而实现分析。

表面修饰剂是将生物分子固定到传感器固体表面的化合物，包括硅酸酯、氨基磷酸酯等。

介体层则是位于生物分子和表面修饰剂之间的部分，起到缓冲作用，帮助生物分子在固体表面保持活性和稳定性。

变换层是将生物信号转化为电信号或光信号的关键环节。

变换层包括电化学变换、发光变换、等离子体共振（SPR）变换等。

其中，电化学变化属于较常见的变换方式，它直接将生物分子和待检测物质的相互作用转化为电信号，如电流和电势。

发光变化则是将荧光蛋白或量子点等材料与识别层结合，通过激光或紫外线的照射来诱发信号的产生。

等离子体共振变化则是利用金属薄膜上的等离子体振荡，实现生物分子与待测物质的相互作用的共振信号放大。

信号处理层负责将变换层得到的信号转化为数字信号，并对其进行放大、滤波和计算等操作，进一步得到有用的分析信息。

信号处理层通常由微处理器、存储器、显示器等组成。

二、生物传感器的分类生物传感器根据其识别层不同，可以分为抗体传感器、DNA传感器、酶传感器、细胞传感器等。

SPR传感器原理简介

3
生物传感器
介绍SPR传感器作为生物传感器的应用，如心肌酶、葡萄糖检测等。
快速检测
SPR传感器可以实现对食品中有害物质的快速检测，如重金属、农药残留等。
新鲜度分析
展示SPR传感器在食品新鲜度分析中的应用，如检测肉类的氨基酸含量等。
过敏原检测
介绍SPR传感器在食品过敏原检测中的应用，如乳制品中的乳蛋白检测等。
SPR传感器在环境监测中的应用
水质监测
SPR传感器可用于监测水体中的有害物质、重金属等，用于环境保护和水质控制。
大气污染监测
介绍SPR传感器在大气环境污染监测中的应用，如检测PM2.5、有机物质等。
土壤污染检测
展示SPR传感器在土壤污染检测中的应用，如检测重金属、农药残留等。
SPR传感器在医疗领域的应用
1
肿瘤标记物检测
介绍SPR传感器在肿瘤标记物检测中的应用，如乳腺癌、肺癌的早期筛查。
2
药物研发
展示SPR传感器在药物研发中的应用，如药物相互作用、药效评价等。
SPR传感器的优点和应用领域
高灵敏度
SPR传感器能够实现对微量物质的高灵敏度检测，适用于生物、化学等领域。
实时监测
SPR传感器可以实时监测和分析物质的变化和相互作用，用于药物筛选、生物分析等领域。
无标记检测
SPR传感器不需要标记物质，避免了传统检测方法中的标记物对实验结果造成的干扰。
SPR传感器在生物诊断中的应用
SPR传感器原理简介
SPR传感器是一种广泛应用于物理、化学和生物领域的先进传感技术。它利用金属和介质界面上的表面等离子共振效应来实现高灵敏度的检测和分析。
SPR传感器的概述
SPR传感器是一种基于表面等离子共振原理的高灵敏度传感技术。它能够实时监测和分析物质的变化和相互作用，并在生物、化学、环境等领域发挥重要作用。

一种高精度SPR生物传感器的设计与实现

ｓａｎｎｄｓａｏｔｄａｄｔｏｉｄｖｄａｔｐｍｏｏｓｗｒｓｄｔｒｖａｇｎｍａｌｌｔｓｗｈｒｒｓｃｎｉｇｍｏｅｗａｄｐｅｎｗｎｉｉｕｌｓｅｔｒｅｅｕｅｏｄｉｅｌｒｅａｄｓｌｐａｅｅｅｐｉｍａｄｐｏｏｅｅｔｒＷｒｉｅｒｓｅｔｅｙＴｉｄｖｃａｎｌｚｉｇｅｓｍｐｅｗｉｉｈｐｅｉｉｎＥｘｅｉｎａｎｈｔｄｔｃｏｅｅｆｄ，ｅｐｃｉｌ．ｈｓｅｉｅｃｎａａｙｅｓｎｌａｌｔｈｇｒｃｓ．ｐｒｘｖｈｏｍｅｔｌｒｓｌａｉａｅｈｔｈｓｓｎｏａｏｄｒｐａａｉｔｎｔｂｌｙ，ｗｎｉｅａｄｈｇｒｃｓｏ．ｅｕｔｖｌｔｄｔａｉｅｓｒｈｓｇｏｅｅｔｂｌｙａｄｓｉｔｌｏｓ，ｎｉｈｐｅｉｉｎｓｄｔｉａｉｏ
描的方式，利用２个独立的步进电机分别驱动固定有棱镜和光电检测器件的大小转盘，可以进行单一样本
的高精度分析。测试结果表明：该传感器具有很高的重复性与稳定性，噪声小、精度高。关键词：表面等离体共振；ｒｔｈｎＫｅｃｍａｎ结构；ｓ转角式；生物传感器
ＳｈｏｏｉｅｇｅｒｇＣｏｇｉｇＵｉｅｓｙＣｈｎｑｎ０００Ｃｉａｃｏｌｆｏｎｉｅｉ，ｈｎｑｎｎｖｒｉ，ｏｇｉｇ４０３，ｈｎ）Ｂｎｎｔ
ＡｓａｔｕｆｅｐａｍｎｒｓｎｎｅＳＲ）ｅｈｏｇａｅｎｗｄｌｕｅｎｍａｙｆｌｓｓｃｓｓｒｃｂｔｃ：Ｓｒｃｌｏｅｏａｃ（Ｐｔｎｌｙｈｓｂｅｉｅｓｄｉｒａｓｃｏｙｎｅｕｈａｕｆｅｉｄａ

微流控生物传感器的设计与制造

微流控生物传感器的设计与制造随着生物技术的快速发展，微流控生物传感器成为了当今生物医学技术的热点之一，因其具有高灵敏度、高选择性和实时检测的特性，被广泛应用于生物分析、医学诊断、食品安全等领域。

本文将对微流控生物传感器进行介绍，并探讨其设计与制造。

一、微流控生物传感器的原理微流控生物传感器可以将生物分析下限提高到极低浓度，如pg/mL～ng/mL量级，其基本原理是微处理技术与光学传感技术相结合，实现微小尺度下生物分子分析和传感。

微流控既可以利用微小孔径的高比表面积，实现分子的捕获和识别，还可以使用微波导结构进行光信号检测，实现对分子的定量检测。

微流控生物传感器通过微小管道和微流控芯片控制流体操作并将样品转化为传感信号来实现检测。

二、微流控生物传感器的应用微流控生物传感器逐渐成为关注的焦点，其应用范围也越来越广泛。

生物分析是微流控生物传感器应用领域之一，可以通过微处理技术对生物样品进行分离、富集、分析、检测等。

生物分析的主要应用包括药物检测、基因检测、植物检测等。

微流控技术还可以用于医学诊断中，如癌症诊断、感染病毒检测等。

此外，微流控生物传感器还可用于食品安全检测、环境监测等方面。

三、微流控生物传感器的设计与制造需要涉及的技术领域包括微流体力学、微制造技术、光学传感技术等。

通常，微流控生物传感器的制造需要从微流控芯片的制造到信号调理电路的设计等多个方面考虑。

微流控芯片的制造是微流控生物传感器中的关键步骤之一。

微流控芯片通常由两种材料组成：塑料和玻璃。

对于塑料基底的芯片，通常采用光刻加热压铸（hot embossing）、热压等方法。

对于玻璃基底的芯片，可以采用精密玻璃微加工和显影技术。

为了保证芯片中实验室特定区域的质量，需要有效地控制芯片表面生长的氧化物。

信号调理电路的设计是微流控生物传感器设计过程中的另一个关键部分。

信号调理电路负责将传感信号转换成数字电信号，以便于记录、存储和处理。

由于传感器信号的幅度、频率范围、动态范围等特性具有很强的变异性，因此对于信号调理电路的设计需要考虑多种因素，如信噪比、功耗、精度等等。

光学生物传感器的设计及其应用

光学生物传感器的设计及其应用近年来，随着科技的不断发展，生物传感器的研究日益深入。

而光学生物传感器又是其中的一个重要研究领域。

光学生物传感器可以通过光学信号来检测生物分子的信息，并转换成电信号输出，可以广泛应用于药物筛选、疾病诊断、环境监测等领域。

本文将对光学生物传感器的设计及其应用做一简要介绍。

一、光学生物传感器的原理光学生物传感器的原理是基于生物分子的相互作用原理。

常见的光学生物传感器主要有表面等离子体共振（SPR）和荧光共振能量转移（FRET）两种。

SPR原理：SPR传感器是基于减缓总反射现象构造的。

当光线垂直照射在介质到金属薄膜的交界面上时，部分光会反射，部分会穿透进入介质中。

在介质与金属薄膜交界面上，存在一层被称为表面等离子体层的电磁波，当生物分子与表面等离子体层发生作用时，会改变表面等离子体层的支持作用，改变入射光线被反射的角度，产生信号变化。

FRET原理：FRET传感器则是基于生物分子之间的非辐射共振能量转移机制构造的。

当两种荧光物质之间距离在几纳米内时，它们之间会产生非辐射性的能量转移。

FRET传感器通过构造两种荧光物质结合在一起的传感器，当这两种物质中的一种受到外部刺激时会发生荧光猝灭，即发生能量转移，产生信号变化。

二、光学生物传感器的设计光学生物传感器的设计需要考虑很多因素，如生物分子的特性、反应条件、传感器结构等。

生物分子的特性：生物分子的种类和性质决定了传感器的应用范围和灵敏度。

例如，蛋白质传感器需考虑蛋白质的尺寸、结构和活性，DNA传感器需考虑DNA分子的序列和结构等。

反应条件：试剂的浓度、pH值、温度等反应条件的优化，可以提高传感器的灵敏度和选择性。

此外，生物分子之间的相互作用需要考虑其速度和反应平衡等因素。

传感器结构：传感器结构的设计需要考虑生物分子之间的配体配体相互作用，并利用配体筛选方法筛选出具有高选择性和活性的生物分子。

同时，传感器结构中的材料选择和制备方法可能也会影响传感器的性能和分析效果。

小型SPR生物传感器的研制

发展趋势之一。研制了一款小型便携式ＭｎＰ－０５型ＳＲ生物传感器，ｉＳＲ２０ｉＰ实验结果表明：仪器具有较好的性能，其检测灵敏度达５４×１ＲＵ（射率单位）．０Ｉ折。最后，讨论＿仪器存在的主要问题。ｒ关键词：表面等离子体谐振；ｒｓｍｎ结构；Ｋｅｃａｎｔｈ生物传感器中图分类号：Ｔ２２３Ｐ１．文献标识码：Ａ文章编号：１０９８（０６１０７０００— ７７２０）２— ０９— ３
ｍｉｉｔｒｚｔｎＡｌｎｒｄｃｄａｔｐｆｍｉｉＳＲｂｏｈｍｉａｅｓｒＭｉｉＰ２０．ｘｅｉｎｓｒｓｌｈｗｎａｕｉａｉ．ｓｉｔｕｅｙｅｏｎＰｉｃｅｃｌｓｎｏｎＳＲ－０５Ｅｐｒｏｏｏｍｅｔｅｕｔｓｏｓｔｅｉｓｒｍｅｔｈｓｇｏｅｏｍａｃ．ｉｅｓｉｉｅｃｅａｐｏｉｔｌ． × １ｈｎｔｕｎａｏｄｐｒｒｎｅｔｓｎｉｖｔｒａｈｓｐｒｘｍａｅｙ５４ｆｓｔｙ０ａｐｃｓｗｉｈｎｅｅｏｉｒｖｎａｅｄｓｕｓｄｓｅｔｈｃｅｄｄｔｍｐｏｅｏｒｉｃｓｅ．ＲＩＵ，Ｉｈｎｓｍｅｎｔｅｅｄ．ｏ
ＳＲＡＳ病毒检测等生化分析领域得到丁应用。近年来，为适应多种领域在现场巾检测的需要，小型化、便携式ＳＲ生物传感器在旧外开始出现，Ｐ并逐步走向商业化，而在国内，制小型ＳＲ传感器尚属起步阶段。研Ｐ

农产品安全检测中SPR生物传感技术应用探讨

农产品安全检测中SPR生物传感技术应用探讨摘要农产品安全关乎人民群众的生活质量和身体健康安全，始终是社会大众关注的重点问题之一，因此在农产品安全检测过程中应用SPR生物传感技术显得极为重要，能够有效地提升检测效率和精准度。

关键词农产品; 安全检测; SPR生物传感技术一SPR生物传感技术应用概述SPR生物传感技术即表面等离子体共振生物传感技术，该技术应用在食品和农产品快速检测方面的设备主要是由棱镜、光源、AU膜以及生物分子识别膜等部分构成。

检测时，入射光以一定的角度入射到棱镜中来，在棱镜与金属膜的界面发生反射以及折射，当入射角θ大于临界角θc的时候，光线就会被全部反射，当入射光的波向量与金属膜表面的等离子波（SPW）的波向量匹配时，光线就耦合进入金属膜，引起金属膜内的自由电子产生共振，即表面等离子体共振（SPR）。

SPR生物传感器具有高度的敏感性，并且能够自主完成信号检测工作，具体的处理流程为：被检测样品表面的生物分子之间会形成相互作用导致表面等离子体共振生物传感器出现折射率的变化，折射率所产生的变化会被传感器的AU膜表面捕捉，并且与样品表面所反射的光强度进行对比，内置的光电探测器能够对单个光电信号的变化状况进行持续地监测记录，以此来对被检测样品的浓度进行准确地分析。

二农产品安全检测中SPR生物传感技术的应用（一）农产品中农药残留的检测农药在现如今的农业生产中应用范围十分广泛，通过使用农药能够有效地降低农作物的病虫害出现的概率，对于农作物产量的提升具有不可替代的功能。

但长时间的使用农药，不仅会对土壤、水体等周边自然生态环境造成不可弥补的污染，农药残留物也会通过农产品影响到人们的身体健康[3]。

农产品中的农药残留物主要包含有机磷、有机氯、有机氮等。

GB 2763—2021《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》[4]对564种农药的残留量都进行严格的限定。

农药残留物具有分子量较小、容易汽化、热稳定性较强等特性，常规的检测手段不仅不能保证精度，操作流程也十分繁琐。

SPR 生物传感器的应用现状与发展趋势

SPR 生物传感器的应用现状与发展趋势0引言SPR 生物传感器是20 世纪80 年代出现的一种基于物理光学原理的新型生化分析系统，是生物传感器中起步较晚的一种。

20 世纪初，Wood R W 观测到用连续光谱的偏振光照射金属光栅时出现了反常的衍射现象，第一次对这种现象作了公开描述。

1983 年，瑞典科学家Liedberg 首次将SPR 技术应用于抗体抗原相互作用的测定，由此产生了世界上第一只SPR 生物传感器。

此后，各国开始了研究的热潮。

我国开展SPR 传感器的研究较晚，尚处于起步阶段。

目前，已经成功研制多种SPR 传感器。

SPR生物传感器作为一种强有力的动态检测手段，与传统检测手段比较，具有实时检测、无需标记、耗样量少等突出优点，在生物工程、医学、食品工业等多个领域都有广阔的应用前景。

本文介绍SPR 生物传感器的基本原理，并在此基础上详细概括了SPR 生物传感器在生命科学，药物残留，疾病诊断以及食品检测中的应用，并对其未来的发展趋势进行了展望。

1 SPR 生物传感器的原理SPR 是一种物理光学现象，是由入射光的电磁波和金属导体表面的自由电子形成的电荷密度波相互作用产生的。

这种沿着金属导体( 金、银) 表面传播的电荷密度波是一种电磁波，被称为表面等离子体波( surface plasmon wave，SPW) 。

这种波是一种消逝波，它在金属内部的分布是随着与表面垂直距离的增大而呈指数衰减的。

当平行表面的偏振光以一定角度照在界面上发生衰减全反射时，入射光被耦合入表面等离子体内，光能大量被吸收，在这个角度由于表面等离子体谐振将引起界面反射率显著减少。

SPR 对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。

因此，任何附着在金属表面上的电介质均可被检测，不同电介质其表面等离子角不同。

而同一种电解质，其附着在金属表面的量不同，则SPR 响应强度不同。

基于这种原理的生物传感器通常将一种具特异识别属性的分子即配体固定于金属膜表面，监控溶液中的被分析物与该配体的结合过程。

SPR生物传感器连续取样和检测装置研制

ｂＯｅＳ／Ｈｕｃａ，ＨＮｉｚｅＨＮｎａ，ＩＧＮｎｙ，Ｌｈｎ．ｉＳｎＯｒｕＧｏｈｏＺＥＧＸａｈ，ＺＡＧＷｅｈｏＤＮｉｅＩＣｅｇｃｎｇＵ
ｈｊｎｉｅｒｇＣｏｅｅＮ￣ｅｓｇｉｌｒｌｎｅｓｙＨｒｉ１０３，ｉａａ（ｇｎｅｊｌｇ，ｏｈａｔＡｒｕｔａＵｉｒｉ，ａｂ５００Ｃｈｎ）Ｅｎｌｃｕｖｔｎ
ｐｏｉｅｄｔｈａｔｙｌｅｄｔｔｎｔｅｆｔｅｒｖｄｏｔｅｆｃｏｒ—ｉｅｅｃｉｉｈｕｕｒ．ｎｏｎ
Ｋｙｗｏｒｓｓｄｃｌｓｅｄ：ｕａｅｐａｍｏｅｏａｃｉｓｎｏ；ｅｔｇｍｅｈｎｓｎｒｓｎｎｅｂｏｅｓｒｔｓｉ；ｃａｉｍｎ
供依据
关键词：ＳＲ生物传感器；检测：机构Ｐ
中图分类号：Ｔ２２Ｐ１．３
文献标志码：Ａ
文章编号：１０ — ３９２ｌ）５０８ — ８０５９６（０】０ — ０３０
ＤｅｅｏｍｅｔｏｏｔｕｕａｐｉｇａｄｔｓｉｇｅｕｐｖｌｐｎｆａｃｎｉｏｓｓｍｌｎｅｔｑｉｍｅｔｂｎｎｎｎｙＳＰＲ
ＡｂｔａｔＩｏｄｒｏｄｔｃｏｎｅｌｕｄｓｍｐｓｇａｓｒｃｌｍｏｓｎｎｅ（Ｐ）ｓｒｃ：ｎｒｅｅｅｔｎｌｅｔｑｉａｌｕｉｕａｅｐｓｎｒｏａｃＳＲｔｉｈｉｅｎｆａｅ

小型化微型化传感器的设计与制造方法

小型化微型化传感器的设计与制造方法近年来，随着科技的不断进步和发展，传感器的应用范围越来越广泛。

尤其是小型化和微型化传感器的设计与制造方法的研究取得了显著的进展。

小型化和微型化传感器能够在有限的空间内实现更高的精度和更复杂的测量任务，为各个领域的应用提供了更多可能性。

一、小型化传感器的设计方法小型化传感器的设计方法主要包括以下几个方面：1. 选择合适的材料：传感器的外壳材料需要具有良好的机械强度和稳定性，同时还要具备适当的导热性能和电磁屏蔽能力。

常用的材料包括金属、陶瓷和塑料等。

2. 优化结构设计：小型化传感器需要通过优化结构设计来降低体积和重量，提高性能。

可以采用流线型设计、空腔结构等方式来减小传感器的尺寸。

同时，还需要考虑结构的稳定性和可靠性。

3. 模拟电路设计：传感器的传感元件通常需要与模拟电路相结合，将物理量转化为电信号进行处理和传输。

因此，传感器的模拟电路设计至关重要。

需要根据传感元件的特性和信号处理的要求，选择合适的电路方案，并进行相应的优化和调试。

4. 选择合适的接口和通信方式：小型化传感器通常需要与其他设备或系统进行数据交换和通信。

因此，需要选择适合的接口和通信方式，如UART、SPI、I2C等。

同时，还需要考虑传感器的功耗和数据传输速率等因素。

二、微型化传感器的设计方法除了上述小型化传感器的设计方法外，微型化传感器的设计还需要考虑以下几个方面：1. MEMS技术的应用：微型化传感器通常采用微电子机械系统（MEMS）技术进行制造。

通过微纳加工技术，可以在芯片上集成传感元件、信号处理电路和通信电路等功能。

同时，还可以利用MEMS技术实现传感器的微小化和高集成度。

2. 芯片级封装：微型化传感器通常采用芯片级封装技术，将传感元件和电路封装在微小的芯片内。

这种封装方式可以减小传感器的体积和重量，提高传感器的稳定性和可靠性。

3. 低功耗设计：微型化传感器通常工作在电池供电的情况下，因此需要采用低功耗设计。

表面等离子体共振技术在生物传感器中的应用

表面等离子体共振技术在生物传感器中的应用生物传感器是指利用生物分子与色谱、光学、电化学、生物分子识别及微机电等相关技术相结合，感知生物样品成分或环境综合参数的一种新型分析检测方法。

其中，表面等离子体共振技术（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种被广泛应用于生物传感器中的革命性光学检测技术。

本文将从SPR技术的原理、优点以及生物传感器中的具体应用三个方面阐述SPR技术在生物传感器中的应用。

一、SPR技术的原理表面等离子体共振是由在介质（例如玻璃、金属等）表面引起的等离子体波引起的，称为表面等离子体（Surface Plasmons，SPs）。

当光穿过与金属接触的介质（例如玻璃）时，一部分光会被反射，一部分会穿过介质达到金属表面。

当这些光射在金属表面上时，它们会被表面等离子体吸收，导致反射中出现深谷。

这个时候，反射的角度会改变，这种现象就是SPR现象。

SPR技术根据不同的模型和原理可以分为全反射衰减（Attenuated Total Reflection，ATR）、物理吸附（Physical Adsorption）和化学传感（Chemical Sensing）三种。

二、SPR技术的优点SPR技术有多种优点，对于生物传感器的发展有着重要的推动作用。

首先，SPR技术不需要标记物质，具有高灵敏度和实时性。

其次，它可以在非破坏性的情况下，测量生物样品中的分子浓度、亚单位等信息。

第三，它具有良好的选择性和特异性，可以将结果准确地分析和解读。

第四，原理上，SPR技术几乎可以用于任何生物分子的检测，包括蛋白质、DNA、荷尔蒙等多种生物分子类型。

最后，SPR技术的成本较低，体积小、重量轻，并且可以快速转化为实用的微型化光学传感器，十分适用于实验室、医疗、食品和环境检测等领域。

三、SPR技术在生物传感器中的具体应用1.生物相互作用的测量生物相互作用是生物分析研究领域中的重要课题。

SPR技术可以通过分子间相互作用的变化，产生色谱图形的变化，从而快速得到生物分子相互作用力学网络成像。

小型SPR生物传感器的研制

源发出的会聚光折射进入棱镜后 ,在棱镜表面会聚成一条
直线 (会聚的直线在下面的图中为垂直纸面方向 ,而线型
单通道流通槽也是这个方向 ,正好覆盖了这条直线 ) ,全反
射后 ,光线照射到线阵 CCD 上 ,在 CCD 上不同像素所对应
的全反射角度不同 ,就可以用 CCD 采集到的光强代表角
度光强 ,得出 SPR曲线。实际应用时 ,是在棱镜表面用匹
体波。改变入射角度 θ,将有可能满足谐振条件式 kx = ksp , 从而产生 SPR现象。利用反射光强 R 与相应入射角度 θ可
以绘出 SPR峰值曲线。
实验证明 :当光源波长为 670 nm ,金箔厚度为 50 nm 时 ,
SPR曲线最尖锐。
本仪器的棱镜采用了三棱镜 ,如图 2 所示 ,由激光光
3灵敏度实验以及结果1灵敏度测试甘油浓度梯度实验本仪器的棱镜采用了三棱镜如图2所示由激光光源发出的会聚光折射进入棱镜后在棱镜表面会聚成一条直线会聚的直线在下面的图中为垂直纸面方向而线型单通道流通槽也是这个方向正好覆盖了这条直线全反射后光线照射到线阵ccd上在ccd上?同像素所对应的全反射角度?同就可以用ccd采集到的光强代表角度光强得出spr曲线
最终结果。最为吸引人的是 , SPR传感技术可以对反应进行动力学参数分析 ,这是其他分析方法所无法比拟的。几十年来 , DNA 和蛋白质之间相互作用 ,特别是其反应动力学的测定一直没有简便快捷的方法 ,而 SPR 技术解决了这一难题 ; ( 3 )无损伤检测 : SPR 传感技术是一种光学检测方法 ,不与被测物接触 ;由于光线不穿透样品 ,因此 ,不仅可测透明样品 ,对混浊或不透明的样品 ,也同样可以进行检测。 1 原理与结构
2006年第 25卷第 12期传感器与微系统 ( Transducer and M icrosystem Technologies)

SPR生物传感检测系统软件的设计与实现

2010年第29卷第6期传感器与微系统(Transducer and M icr osyste m Technol ogies)SPR生物传感检测系统软件的设计与实现3杨　军,吴　松,李圆怡,王　敏,战　磊,郑小林(重庆大学生物工程学院生物流变科学与技术教育部重点实验室,重庆400030)摘　要:介绍了一种基于VC++6.0的表面等离体激元共振(SPR)生物传感检测系统软件的设计与实现。

软件利用VC++6.0的MSComm控件,通过串口输入采集数据,结合Access数据库对数据进行操作、保存。

数据处理后可得到SPR信号中的共振角度,并可实时绘制出反应曲线。

同时,可以选择不同的化学反应动力学模式与相应的公式进行化学反应动力学的模拟,以便实验过程的指导和实验结果的分析。

该软件已用于本实验室自主研制的Kretsch man结构SPR生物传感器。

水和空气的传感检测实验证实了该软件在SPR生物传感信号采集与分析中的可行性。

关键词:表面等离体激元共振;系统控制;生物传感器;信号处理中图分类号:Q813.2 文献标识码:A 文章编号:1000—9787(2010)06—0095—03D gn and rea li za ti on of software for SPRb i o2sen si n g and detecti n g syste m3Y ANG Jun,WU Song,L I Yuan2yi,WANG M in,Z HAN Lei,Z HENG Xiao2lin (Key Labora tory of B i orheolog i ca l Sc i ence and Technology,M i n istry of Educa ti on,B i oeng i n eer i n g college,Chongq i n g Un i versity,Chongq i n g400030,Ch i n a)Abstract:A s oft w are based on VC++6.0is designed f or surface p las mon res onance(SPR)bi osens or.This s oft w are uses the M S Comm contr ol module in the VC++6.0,the serial data inputting mode and the Access database t o realize data p r ocessing and saving.After the data p r ocessing step,SPR angle and curve can be obtained.Mean while,che m ical reacti on dyna m ics can be si m ulated by choosing suitable kinetic modes and for mula,and it can be used t o design experi m ents and analyze experi m ental results.This s oft w are has been used in home2made Kretsch man based SPR syste m.Sensing experi m ents on water and air validate its p racticability.Key words:surface p las mon res onance(SPR);syste m contr ol;bi osens or;signal p r ocessing0　引　言表面等离体激元共振(surface p las mon res onance,SPR)技术是近年来发展起来的高精度免标记生化检测技术。

SPR传感器的原理与应用

SPR传感器的原理与应用摘要: SPR传感器的研究与应用进展迅速，尤其在生命科学，化学等领域已经成为一种很重要的研究阶段，对SPR传感器的研究现状，工作原理以及它在工业生活领域的一些应用进行详细描述。

并对SPR传感技术的研究发展前景进行了讨论。

关键字: SPR传感器表面等离子共振一 SPR传感器的发展历程1902年，Wood在光学试验在发现光波通过光栅后，光频谱发生了小区域的丢失，Sommerfeld利用麦克斯韦方程和电磁场边界条件出发，导出了介电物质与金属界面处传播的电磁波的波动解。

1941年，Fano发现这种现象是有金属与介电物质表面的电磁波激发了表面的等离子体波造成的。

1960年，Stem和Farrel研究了此模式产生谐振的条件并将其称作“表面等离子共振”1968年，Kretschmann和Otto各自利用衰减全反射的方法证实了光激发表面等离子共振现象的存在。

20世纪70年代末以来，SPR在检测金属薄膜特性及实时检测金属表面反应的潜能越来越受到重视。

1982年，1982年，Nylander和Liedberg将SPR原理应用于气体检测和生物传感领域中。

此后，SPR传感技术取得了长足的进展。

各种应用于物理化学和生物领域的新的SPR 传感结构设计纷纷出现。

由于SPR技术具有实时监测反应动态过程、生物样品无需标记、灵敏度高、无背景干扰等特点,主要应用于生物大分子之间的相互作用,可得到反应物分子之间每一步的键合信息,测定动力学常数等,这是其它传感器难以企及甚至无法达到的。

二 SPR传感器的原理表面等离子体共振(Surface PlasmonResonance,简称SPR)是一种物理光学现象,其物理模型是一束单色光透过介质入射到金属表面,一部分发生反射形成反射光,部分光穿透金属表面形成折射波,沿着垂直于界面的方向按指数衰减,又称为消失波。

其衰减的物理原因是因为导体内存在自由电子,在电磁波的作用下导体内出现诱导电流,产生焦耳热,消耗了电磁波的能量,因而振幅减弱。