表面等离子体共振PPT课件

共振角：波长固定时，反射率最低时对应的入射角。
LOGO
SPR的基本原理
不同样品对应的共振角不同
LOGO
SPR的基本原理
图为定角度范围入射型SPR传感器，入射光源 一般选择单色性好的激光器，光源经过光学系统处 理后以一定的角度范围汇聚在棱镜与金属膜的界面 上，反射光用二极管阵列接收。
LOGO
SPR的基本原理
角度旋转入射型SPR传感器有着它不可避免的 缺点，由于旋转角度需要一定时间，如果待测样品 的折射率改变迅速，则此类型SPR传感器无法得到 每个时刻样品折射率变化的信息，因此角度旋转入 射型SPR传感器只适用于折射率变化缓慢的样品。 另外，由于机械装置的存在，不可避免的将引入机 械装置自身的误差，从而导致最终探测结果的误差 增大。
LOGO
光栅耦合SPR传感器
▪ 散射光将按照不同的散射角度被散射，某一散射 光的动量在界面方向上的投影会与金属薄膜发生 共振。 LOGO
光栅SPR传感器特点
▪ 与棱镜耦合的方式类似，基于光栅耦合方式的 SPR传感器也可以通过检测反射光强度分布或波 长分布两种方式来获得SPR曲线。
▪ 光栅SPR传感器应用不够广泛，其原因是除了在 光栅制作方面有一定难度外，在分析应用上也存 在一定的问题。
除了棱镜耦合SPR传感器外，比较常见 的还有光纤型和光栅型SPR传感器，都有各 自的优缺点。
LOGO
基于光纤耦合的SPR传感器
在线传输式SPR光纤传感器
LOGO
在线传输式SPR光纤传感器特点
▪ 该模式是将一段光导纤维的包层剥去,在光纤芯核 上沉积一层高反射率金属膜。普通石英阶梯指数 光纤数值孔径一般为0·3,光纤内部可传播光线的角 度范围为78·5°~90°。在此角度范围,光线在光纤芯 核与包层的界面上发生全内反射,渗透过界面的消 失波将在金属膜中引发表面等离子体子,并在满足 一定条件下与之共振。
波长入射型SPR传感器相对角度入射型SPR传 感器来说，受电子干扰、电源抖动等影响小，但其 反射光相关数据的获取必须借助专门的仪器，实用 化会导致成本很高。因此，多波长入射型SPR传感 器一般用于科学试验研究中。
LOGO
SPR传感器的分类
之前介绍的都是棱镜耦合的SPR传感器， 棱镜耦合方式比较传统，结构比较简单，应 用最为广泛。但是传感器体积较大,不能用 于远程传感测量。
LOGO
SPR传感器的应用范围
▪ 抗原-抗体反应测定 ▪ 蛋白质相互作用分析 ▪ DNA与蛋白质相互作用分析 ▪ 实时监测DNA分子间的相互作用 ▪ 药物筛选及鉴定
LOGO
SPR传感器商品仪器现状
▪ 随着SPR研究工作的迅速开展, SPR仪器已商品化。 目前已有4个仪器公司生产SPR仪器,它们是瑞典 的Biacore AB公司(原名称为Pharmacia Bio-tech), 英国的Windsor Scientific公司,美国的Quan-tech 公司和Texas Instruments公司。
理
▪ Kretschmann耦合模型是将几十纳米厚的金 属薄膜覆盖在棱镜底部，待测样品置于金属 膜下面，棱镜全反射产生的消失波透过金属 膜，在金属与样品的界面处激发产生SPR现 象。金属层一般约50nm,如果过厚则无法产 生SPR现象。 Kretschmann模型在SPR器 件中广泛应用。
基于表面等离子体共振 传感器介绍
1034024014
LOGO
Contents
SPR的基本原理 SPR传感器的分类 SPR传感器的应用 SPR技术的特点
LOGO
SPR的基本原理
▪ 表面等离子体
▪ 表面等离子体共振是一种物理光学效应。通常，金 属和半导体内部与表面存在大量自由电子，形成自 由电子气团，称之为等离子体（plasmon）。如果 是存在于金属或者半导体内部的自由电子气团，则 称为体等离子体；如果是存在于金属或者半导体表 面的自由电子气团，则称为表面等离子体（surface plasmon）。
图为角度旋转入射型SPR传感器，入射光源一 般选择单色性好的激光器，利用机械装置来控制光 源或者棱镜，使入射光相对棱镜的入射角不断的变 化，变化的范围可人为控制，反射光用光电倍增管 接收。
LOGO
角度入射型SPR的特点
以上两种都是角度入射型SPR传感器，不同的 是一个是定角度范围入射，一个是角度旋转入射， 最后获得的都是入射角与反射率之间的相关数据。
LOGO
SPR传感器的特点
▪ 与传统的相互作用技术如超速离心、荧光法、热 量测定法等相比,SPR生物传感器具有如下显著特 点:
▪ (1)实时检测,能动态地监测生物分子相互作用的全 过程;
▪ (2)无需标记样品,保持了分子活性; ▪ (3)样品需要量极少,一般一个表面仅需约1μg蛋白
配体; ▪ (4)检测过程方便快捷,灵敏度高；
LOGO
基于光纤耦合的SPR传感器
终端反射式SPR光纤传感器探头
LOGO
终端反射式SPR光纤传感器特点
在光线传输过程中，首先经过下金属膜表 面发生SPR，共振光接着传输至微全反射 镜被反射回去，此共振光再经过上金属膜 表面发生第二次SPR后传输出光纤。与在 线传输式装置相比较，这种装置由于发生 两次SPR，传感部位的光纤长度可减少 1/2。终端反射式光纤SPR传感器适合用 做一种光纤探针来进行远距离测量。
LOGO
SPR传感器的特点
▪ (5)应用范围非常广泛; ▪ (6)高通量、高质量的分析数据; ▪ (7)能跟踪监控固定的配体的稳定性; ▪ (8)对复合物的定量测定不干扰反应的平衡; ▪ (9)大多数情况下,不需对样品进行预处理; ▪ (10)由于SPR基于对未穿透样品的反射光的测量,
所以检测能在混浊的甚至不透明的样品中进行。
LOGO
多波长入射型SPR传感器
角度固定，通过测量入射光波长与反射率或 者入射光波长与相位之间的关系曲线来获取所 需要的相关数据。
LOGO
多波长入射型SPR的特点
对于多波长入射型SPR传感器，入射光源一般 选择多波长光源，如LED、白炽灯等，光源需要能 够发出各个波长的光，并且强度稳定，完全理想的 这种强度大、稳定性好的连续光源很难找到。光源 经过光学系统后成为一束平行光，然后入射到棱镜 与金属界面上，反射光用光谱仪或相位仪接收。
LOGO
SPR的基本原理 ▪ 表面等离子体共振的基本条件
▪ 存在表面等离子体。 ▪ 存在合适的激发源。 ▪ 激发源和等离子体之间必须满足一定的激发条件。
LOGO
SPR的基本原理
▪ goss-hanchen位移
LOGO
SPR的基本原理
evanescent waves. 倏逝波
▪ 在全反射时光波并不是绝对地在介面上被全 部反射回第一介质的，而是透入第二介质很 薄的一层表面(约为一个波长)，并沿界面传 播一些距离(波长量级)，最后返回第一介质。 透入第二介质表面的这个波，称为倏逝波。
LOGO
SPR的基本原理
▪ 由于倏逝波的存在，光线在界面处的全 反射将产生一个位移D，光线将沿着X轴 方向传播一定距离。若光疏介质很纯净， 在没有吸收和其它损耗的情况下，反射 光能量不会衰减，消失波在光疏介质中 传播约半个波长后再返回光密介质。反 之，反射光能量将损失。
LOGO
SPR的基本原理
LOGO
LOGO
SPR的基本原理
LOGO
SPR的基本原理
▪ 在Otto模型中，棱镜与金属之间有一层很薄 的样品，厚度约为入射光波长大小，棱镜全 反射产生的消失波在样品与金属界面处发生 耦合，激发产生SPR现象。由于这种模型建 立起来比较困难，目前绝大部分SPR传感器 已经不采用这种模型了。
LOGO
SPR的基本原理