超连续谱光源应用系列(一)——表面等离子体
【资料】表面等离子体波的特征-现代物理研究所汇编
Prism 0 Metal m Sample 1
0
kev ksp
x z
(A) Kretschman
0 k'ev ksp
(B) Otto
Prism 0 Sample 1 Metal m
当倏逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减 弱。能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波 吸收，使得反射光的能量急剧减少。
证明??
电磁场边界条件—连续
Page 4
由矢量形式折反射定律：
K r K 'r K ''r
如图所示，入射面为xOz，则有 n1
Kx K'x K''x
n2
' O ''
当发生全反射时 s in
n2 n1
， ' ' 是一个复数
z
证明
x
K ''zK ''2 K ''x2K 2 n n 1 2 2 K 2sin 2 K 2 n n 1 2 2 sin 2
表面等离子体波的特征-现代物 理研究所
Page 1
一、表面等离子体共振简介
表面等离子体共振（Surface plasmon resonance ，SPR ）， 又称等离子激元共振，是一种物理光学现象。
与光的全反射有关
电磁波
1
共振条件
2
相同的频率和波矢（即波长） 传播方向一致
Page 2
基于SPR原理的SPR传感技术是20世纪90年代发展起来的，生
Focus len
Ag film Light source
Inlet
光子晶体光纤超连续谱产生及表面等离子体传感器研究的开题报告
光子晶体光纤超连续谱产生及表面等离子体传感器研究的
开题报告
该研究的开题报告应该包括以下几个方面的内容：
1. 研究背景及意义
介绍光纤超连续谱产生和表面等离子体传感器的相关背景，分析目前的研究状况和存在的问题，说明进行该研究的意义和价值。
2. 研究目标
明确本研究的目标，包括通过光子晶体光纤实现超连续谱产生和利用表面等离子体传感器实现对物体场景的探测等等。
3. 研究内容和研究方法
说明本研究的具体内容，包括基于光子晶体光纤的超连续谱产生和表面等离子体传感器的制备及其对物体场景的探测等方面；同时说明本研究采用的具体研究方法，如光学系统的搭建、光纤的制作、表面等离子体的激发等。
4. 研究进度
阐述本研究的进度安排，包括研发计划、实验室搭建、实验方案的制定、实验数据的收集和处理等。
5. 预期成果
说明本研究的预期成果，并对这些成果进行简要的阐述。
6. 研究意义和应用价值
分析本研究的意义和应用价值，如在生物医学领域、化学领域、物理学领域等的应用前景等。
7. 研究存在的问题及解决方案
分析本研究中可能存在的问题，并提出解决方案。
8. 研究的组织架构和人员分工
说明本研究的组织架构和人员分工，包括主要研究人员和各自的工作任务。
以上是光子晶体光纤超连续谱产生及表面等离子体传感器研究的开题报告内容。
表面等离子体共振技术及其在化学中的应用
表面等离子体共振技术及其在化学中的应用表面等离子体共振技术简介表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance）技术是一种能够测定分子间相互作用的实验方法，利用了金属表面的等离子体共振现象，实现了分子间的灵敏检测。
其原理是利用了固体表面上的金属层，通过激光的照射产生等离子体共振，这种共振能使得催化剂与其反应物相结合，从而实现表面分子间的相互作用。
表面等离子体共振技术在化学领域的应用1.酶促反应机理酶促反应是化学领域中常见的反应类型，此类反应具有灵敏性强、反应条件温和、催化效率高等优势，被广泛应用于药物生产、制备化学品等领域。
表面等离子体共振技术的应用可以实现对酶促反应机理的深入研究，为其理论模型的建立和优化提供基础支持，从而提升酶催化反应的效率。
2.生物传感器生物传感器是一种可以灵敏检测生物分子的装置，采用了表面等离子体共振技术的方法可以实现对样品中生物分子的检测和定量测定。
该方法极大地简化了传统生物分析方法的操作流程，极大地提升了检测灵敏度和准确性，适用于生命科学领域中的分子检测、药物筛选等领域。
3.化学反应动力学研究化学反应动力学研究是化学领域中极为重要的研究内容之一，既包括了反应物的生成速率、反应过程中的化学周期等方面。
互补地应用表面等离子体共振技术可以对该类反应进一步探究，更好地理解反应机理、剖析反应速度等关键问题。
4.化学降解物的测定化学降解是工业化学领域中一个重要的问题，如何准确地测量降解降之后的残留物，一直是化学领域中的难点问题之一。
利用表面等离子体共振技术，可以快速有效地检测工业化学反应中产生的化学物质，对降解物的鉴定提供了实验数据的支持。
结语表面等离子体共振技术的应用拓宽了化学领域中分子间相互作用的研究方法。
未来，在技术不断发展壮大的背景下，表面等离子体共振技术的应用前景必将更加广阔。
表面等离子体共振传感技术的发展与应用
表面等离子体共振传感技术的发展与应用随着科技的不断发展，传感技术也日新月异。
表面等离子体共振传感技术(SPR)作为目前最先进的生物分析技术之一，被广泛应用于生物芯片、药物筛选、生物传感器等领域。
本文将从表面等离子体共振原理、传感技术的演变和应用案例等方面为您介绍表面等离子体共振传感技术的发展与应用。
一、表面等离子体共振原理表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)源于表面等离子体的产生与传播。
表面等离子体(Surface Plasmon, SP)是电磁波在金属与介质接触界面上产生的电子振荡模式。
当SP在金属表面与介质中的折射率的平衡点发生改变时，SP发生共振现象。
共振角度与介质中分子浓度成反比，故可通过实时检测共振角度的变化，间接测量分析物与生物分子之间的相互作用。
二、传感技术的演变表面等离子共振是一种实时、不需标记、无需特定洗涤步骤、无需纯化或分离的敏感且广泛应用的检测技术。
随着技术的发展，其在不同领域的应用也越来越广泛。
1.药物筛选表面等离子共振可用于开发靶向药物，如癌症治疗药物的研制。
以免疫抑制剂为例，可使用类似共轭缩合物LOV2FMN-BP1等方法，实现药物与抗体的共价结合，并依靠SPR技术进行筛选。
2.生物传感器表面等离子共振传感器是一种应用广泛的生物分析技术。
SPR传感器可以检测一种实时反应，并且不需要荧光或者其他的标记物质。
因此，SPR传感器被广泛应用于肿瘤、心血管疾病等领域，涉及医疗及疫苗研发等众多领域。
3.生物芯片表面等离子共振技术可用于生物芯片检测系统。
消费者的测试物质（如肝炎病毒或癌细胞）通过血液或其他生物样本传送到生物芯片测试系统。
当测试物与芯片接触时，通过SPR技术获取反应曲线。
三、应用案例表面等离子共振传感技术广泛应用于药物筛选、生物传感器、生物芯片等领域，其中最为广泛的应用为药物筛选。
以达菲那铂(Danaparoid Sodium)为例，配合SPR传感技术，快速检出药品成分，从而保证药品质量。
光电物理学中的表面等离子体共振
光电物理学中的表面等离子体共振光电物理学是物理学的一个分支，研究光与物质之间的相互作用。
表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）则是光电物理学中的一个重要研究领域，用于为生物分子学、化学传感器以及纳米光学等方面提供有价值的数据。
1. 表面等离子体共振的原理表面等离子体共振是一种基于光学现象的测量方法，在该方法中，通过观察薄膜表面的反射或透射光的强度和频率的变化来研究物质表面的化学和物理性质。
表面等离子体共振原理的核心是表面等离子体波（surface plasmon wave，SPW）的存在，这是一种在固体和液体界面上的电子波。
当SPW与来自光源的光波交互作用时，会出现共振现象，这一现象极为敏感，可用于检测很小量的生物分子或化学物质。
2. 表面等离子体共振的应用在生物分子学中，表面等离子体共振可以通过分析薄膜上的生物分子与分子间相互作用时产生的共振现象来研究这些分子之间的互动。
这种方法通过分析分子在薄膜表面的光学特性，可以帮助科学家们更好地理解生物分子的结构、构象和相互作用。
在化学传感器方面，表面等离子体共振可以用于检测试样中的小分子化合物，如药物、化学物质、毒素等。
它是一种便捷、快速和高度灵敏的技术方法，可用于分析药物分子的互动、监测环境污染物或废水中的化学物质等。
在纳米光学领域中，表面等离子体共振可以用于制造纳米光学器件，如表面等离子体共振衍射你（surface plasmon resonance diffraction grating）和聚焦的表面等离子体共振谐振器。
这些器件可用于提高光学成像的分辨率、改善激光的成像和显色度，以及在热力学、物理学和化学方面进行纳米级别的研究。
3. 表面等离子体共振的优缺点表面等离子体共振是一种优异的技术方法，有多个优点，如：高灵敏度：能够测量超低浓度、微弱派生和低分子质量的物质。
实时测量：不需要对样品做任何处理或标记就能实时测量分子之间的相互作用。
表面等离子体共振原理及应用
1.0
0.9 Reflectance
0.8
0.7
0.6 620
640
660
680
700
720
Wavelength / nm
典型的SPR光谱
二、 SPR传感器概念
4种检测方式
1.
2. 3. 4.
角度调制：固定λ
波长调制：固定θ
in，改变θ in
in in in
，改变λ
in
强度调制：固定θ
相位调制：固定θ
基于角度调制的SPR传感装置
SPR 对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感 , 当表面 介质的属性改变或者附着量改变时，共振角将不同。因此， SPR谱（共振角的变化vs时间）能够反映与金属膜表面接触 的体系的变化。
典型仪器
Biacore 2000 Dimensions: 760 x 350 x 610 mm Net Weight: 50 kg Spreeta 2000
表面等离子体共 振及其应用
报告人：邢砾云
2012.10
表面等离子体的产生 SPR传感器概念 典型SPR传感器及其应用
一、表面等离子体的产生
Surface Plasmon Resonance , SPR
除电子以外，用电磁波，如光波，也能激发表面等离子体振动。二 十世纪初，Wood 首次描述了衍射光栅的反常衍射现象，这实际上就是 由于光波激发了表面等离子体振动所致。六十年代晚期，Kretschmann 和Otto采用棱镜耦合的全内反射方法，实现了用光波激发表面等离子体 振动，为SPR技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而 巧妙，仍然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。
、λ
表面等离子体耦合发射法
表面等离子体耦合发射法
表面等离子体耦合发射法（Surface Plasmon Coupled Emission，SPCE）是一种基于表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）效应的光学分析技术。
SPCE技术的原理是将荧光分子附着在与金属薄膜界面上的生物传感器表面上，荧光分子通过与表面等离子体共振模式的耦合来提高荧光的发射效率。
当表面等离子体与荧光分子共振时，该系统中的能量传递效率最高，从而增强了荧光的辐射转移。
这种增强荧光信号的方法可以用于灵敏和快速的生物传感器和检测应用。
SPCE技术的优点包括：
1.高灵敏度：通过表面等离子体共振的耦合效应，提高了荧
光发射效率，从而提高了灵敏度。
2.快速检测：SPCE技术对目标分子的检测可以在秒级的时间
范围内完成，具有快速的分析特性。
3.实时监测：由于SPCE技术采用实时荧光测量，可以实时
监测目标分子的动态过程，并获得动态数据。
4.无需标记物：与传统的荧光标记方法不同，SPCE技术中的
荧光信号不需要额外的标记物，避免了标记过程中的潜在影响。
SPCE技术在生物医学领域中的应用非常广泛，如蛋白质检测、DNA分析、细胞成像等。
通过利用表面等离子体耦合发射法，
可以实现高灵敏度、快速和准确的目标分子的检测和分析。
细说神奇的表面等离子体波(Word)
细说神奇的表面等离子体波光通信的新宠——表面等离子体波光纤是现在全世界最普遍使用的传递光信号的传播器件。
它巨大的容量使得科学研究人员对于它将来能够取代微处理器和电子计算机芯片中的各种电子器件充满信心。
但是很不幸的是，光纤的尺寸太大使得它和小巧的芯片接口无法匹配。
光电子器件大的原因在于其尺寸被衍射这一物理规律所制约。
空间中相聚很近的光之间会相互干涉叠加，这导致承载光信号的光纤的最小宽度是光波长的一半。
芯片上传播的光信号通常是1500nm波长的远红外光（这也是人类规定的一切通讯电磁波的波长）。
这样光纤的最小宽度会远大于我们目前正在使用的纳米电子器件（硅的集成芯片通常只有100nm的量级），使得光纤和芯片的接口无法匹配。
毫无疑问，人类对于这个衍射极限是无法突破的，因此一度陷入沮丧。
但是最近几十年来，人们发现了一种可以用做电子器件与光纤通信媒介的现象：plasmon （表面等离子体波在金属和介质表面的震动），使得整个研究方向重现曙光。
当电磁波在金属和介质表面传播的时候，会引起金属表面电子的共振。
电子振动的频率和电磁波是吻合的，但是却有着比电磁波小很多倍的波长（如上图所示）。
这意味着，这种表面plasmon振动的波长是被极大压缩了的，可以用来连接大尺度的光纤和纳米级的电子器件。
在金属和电介质表面可以看到，在光纤中同样频率电磁光的波长在meta-material（利用上述plasmon现象制作的材料）中被压缩了几十甚至上百倍（如上图所示），这样光纤和芯片接口尺寸不匹配的问题被解决了，我们只需要在中间加一个plasmonic的转换过渡（如下图所示）。
该器件的一个极大的优点就是低功耗。
或许有人会疑惑，因为人们对金属的第一印象就是电磁波会被金属所吸收转化成热量。
然而这种表面的plasmon的功耗极小，因为它只是在金属的表面振动，根本没有进入金属内部，所以自然耗散极小。
表面等离子体波的历史1）炼金术士的彩色酒杯炼金术士们在几千年前就已经不经意地参杂金属物质，通过plasmonics的效应来制作有颜色的酒杯。
表面等离子体光谱技术的研究及应用
表面等离子体光谱技术的研究及应用表面等离子体光谱技术是一种基于表面等离子体共振现象的光学分析技术，具有高灵敏度、高分辨率、无需标记物和实时检测等优点。
近年来，该技术已广泛应用于生物医药、环境监测、化学分析等领域。
一、表面等离子体共振现象表面等离子体共振现象是指当一束光从空气或真空中射入具有导电性表面的介质时，会与表面自由电子相互作用，产生一种表面等离子体波，这种波以特定的频率和极化方式传播，并通过反向散射或透射光信号的变化来反映介质的性质和分布。
二、表面等离子体光谱技术的原理表面等离子体光谱技术是基于上述表面等离子体共振现象的一种光学分析方法，其原理可以简单地概括为：利用金属或半导体表面的等离子体共振现象，通过改变入射光束的极化角度、波长和强度等参数，分析表面吸附物质在介电质表面上的性质和分布情况。
三、表面等离子体光谱技术的研究进展表面等离子体光谱技术最早由美国科学家Kretschmann和Otto在20世纪60年代提出，并在随后的几十年里得到了迅速发展。
目前，该技术已经广泛应用于生物医药、环境监测、化学分析等领域，例如：1、生命科学领域表面等离子体光谱技术可以用来研究生物分子在固体表面上的吸附行为、分子结构和构象变化等重要问题，为生物分子间相互作用的研究提供了新的途径和手段。
2、环境监测领域表面等离子体光谱技术可以用来分析水中有机和无机污染物的浓度和组成，检测水中微量金属离子的存在及其浓度等，为环境监测和水处理提供了重要的分析手段。
3、化学分析领域表面等离子体光谱技术可以用来研究各种化学反应的动力学过程、酶促反应的速率和机制等，重要的成果包括：催化反应的机理研究、生物芯片技术以及基于表面等离子体共振的化学传感器等。
四、表面等离子体光谱技术的局限性表面等离子体光谱技术虽然具有高灵敏度和高分辨率等优点，但是也存在着一些局限性，例如：1、只适用于介电常数大于1的样品；2、需要专业设备和较高的技术操作；3、对样品的形状和结构有一定的限制，不能检测深层样品；4、测量结果易受温度、湿度等因素的影响。
表面等离子体共振技术的应用与前景
表面等离子体共振技术的应用与前景表面等离子体共振技术，简称SPR技术，是一种非常先进的生物传感器技术，它极大提高了化学与生物学之间的连接，用于生物分析、生物检测。
与常规的生物检测技术相比，SPR技术更加高效准确。
在生物制药、医疗检测、环保检测、食品安全等领域应用越来越广泛，具有非常广阔的前景。
SPR技术原理SPR技术的核心是表面等离子体共振物理现象。
简单来说，当一束光线照射到金属薄膜表面时，一部分光线会被反射回来，一部分光线穿透进入金属薄膜内部。
当入射光角度等于一个特定的角度，表面等离子体就会被激发起来，此时，光的反射就会发生反转，并产生一个很强的衰减衍射光束。
这个特定的角度被称为共振角度。
当物质分子吸附在金属薄膜表面上时，这个角度就发生了改变。
利用这个改变就可以准确测量物质的吸附数量、特性和浓度等。
这就是SPR技术的基本原理。
SPR技术的应用SPR技术的应用非常广泛。
在生命科学研究领域，SPR技术可以用于分析蛋白质、DNA、RNA等生物分子的互作关系，以及药物分子与蛋白质分子的相互作用等。
在制药领域，SPR技术可以用于药物分子的筛选、药效评估、药物代谢动力学研究以及药物互作机制的研究等。
在医疗检测领域，SPR技术可以用于检测肿瘤标志物、病毒、抗体、蛋白质等，为疾病的早期诊断和治疗提供参考依据。
在环保检测领域，SPR技术可以用于监测水质和空气中的有害物质，提高环境监测的准确性和敏感性。
在食品安全领域，SPR技术可以用于检测食品中的添加剂、污染物质、致病菌等，保障人们的健康与生命。
SPR技术的前景随着生物医学研究的不断发展，SPR技术在多个领域的应用潜力越来越大。
在生命科学领域，SPR技术可以精确测量生物分子的相互作用、结合力和亲和力，进一步研究生物功能和疾病发生机制，这将极大地推动生物医学研究的发展和进步。
在制药领域，SPR技术可以用于药物开发和评估，加速新药的上市时间，减少研发投入成本。
在医疗检测领域，SPR技术可以用于各种疾病的早期筛查、诊断和治疗监测，提高医疗服务的质量和效率，降低医疗费用。
表面等离子体共振传感器的原理与应用
表面等离子体共振传感器的原理与应用表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技术是一种非常重要的生物分子识别和量化的方法，这种技术最早由福克勒（Ritchie）于1968年提出。
表面等离子体共振传感器的原理是基于光的表面等离子体共振理论。
原理非常简单，一般而言都是在玻璃或金属表面涂上一层金膜。
当光线竖直入射于金膜表面时，会激发出表面等离子体波（surface plasmon wave），该波会沿着金膜表面传播，而且仅能传播到几个纳米的深度。
表面等离子体共振现象可以通过监测光在表面的反射来研究。
当物质吸附在金膜上时，其折射率改变会导致表面等离子体波的共振条件发生变化。
通过检测共振反射光的变化，可以定量测定吸附物的种类和数量。
因此，这种技术被广泛用于生物分子识别，包括了DNA、蛋白质、抗体、细胞等等的检测。
表面等离子体共振传感器利用生物分子相互作用的变化来检测生物分子的相互作用。
在传感器表面吸附上适当的受体分子，引入待检测的样品，如果样品中有与受体互相作用的物质，那么它们就会与试验表面固定的相应受体结合，从而改变表面等离子体波的性质，即激发出更大的反射光。
因此，可以通过控制等离子体共振产生的光信号的变化来识别样品中是否有特定分子的存在。
这种技术的信号响应速度快、高灵敏度、选择性强。
表面等离子体共振传感器已经广泛用于识别生物分子互作用，如果采用合适的表面修饰，甚至可以完全在水溶液中实现测量。
同时，SPR技术还被用于制备金属纳米粒子、染料散射和聚合物的结构表征等领域。
表面等离子体共振生物传感器作为一种新型的生物分析方法，已经为各种现代学科和技术领域的未来发展带来了广泛的应用前景。
SPR技术在生命科学、药物发现、病理生理学等领域可以实现快速的高通量分析，将成为新一代高通量功能性检测的突破口。
此外，在食品安全领域，表面等离子体共振传感器技术还可以用于食品的检测和质量控制，具有广阔的应用前景。
表面等离子体共振技术的应用和发展
表面等离子体共振技术的应用和发展表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）技术是一种重要的生物分子相互作用分析方法。
近年来，SPR技术以其快速、灵敏、准确的特点，被广泛应用于生命科学、药学、食品科学、环境科学等领域。
一、 SP技术的原理SPR技术主要利用金属薄膜（如金或银）上的表面等离子体共振现象。
当金属薄膜受到一定角度入射的光线时，会激发出表面等离子体共振波，造成反射光的减弱，从而可以测量样品与其反应物相互作用的程度。
二、 SPR技术在生命科学领域的应用1. 分析生物分子相互作用SPR技术可以实时检测生物分子相互作用的变化，如蛋白质与其配体的相互作用、酶与底物的结合等。
同时，SPR技术还可以对生物分子进行定量测定和动力学参数分析，为对药物作用机理等研究提供可靠数据。
2. 疾病诊断基于SPR技术的生物传感器被广泛应用于疾病检测，如肿瘤标志物、细菌和病毒等的检测。
而SPR技术还可以应用于药物筛选和毒性评价等方面，为药物研发提供重要参考。
三、SPR技术的发展趋势1. 多模式SPR技术多模式SPR技术可以监测更多的相互作用，包括大分子和膜蛋白等结构复杂的生物分子相互作用。
此外，多模式SPR技术还可以扩大SPR应用的范围，如环境污染检测、化学品分析等。
2. 纳米SPR技术纳米SPR技术可以极大地提高SPR技术的灵敏度和选择性，具有更广泛的应用前景。
目前，研究人员正在探索和开发各种纳米材料，如金纳米颗粒、碳纳米管、量子点等，用于增强SPR技术的灵敏度和特异性，加速其应用于疾病早期诊断和药物研发。
3. SPR技术与互补技术的结合SPR技术与其他技术的结合将会极大拓展SPR应用的领域。
例如，将SPR技术与质谱和流式细胞术结合，可以实现蛋白质样品的更全面分析；将SPR技术与拉曼光谱结合，可以实现高灵敏检测。
总之，SPR技术在生命科学领域的应用前景十分广泛，而随着其技术的不断发展和完善，其将会在更广泛的领域中发挥作用，为我们的科学研究和生活带来更多贡献。
表面等离子体共振传感技术及其应用
表面等离子体共振传感技术及其应用随着科技的飞速发展，各种新兴科技层出不穷，在生命科学、医学和环境科学等领域，表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技术以其高灵敏度、实时性及非损伤性成为目前最具应用前景的生物分子识别和定量分析技术之一。
一、 SPR技术概述SPR技术是指当全反射角发生改变时，光与界面上的金属和样品形成共振现象，这种共振被表面等离子体共振所解释，因此也被称为表面等离子体共振技术。
金属的选择影响SPR的性能，典型的金属是银、金、铜和铝，其中银的性能最优。
SPR技术通过检测共振波长来分析物质在某种表面状态下的各种信息，如分子层吸附、离合或断裂的过程及相应的动力学和热力学参数，可用于定量描述吸附后物理化学信息变化的过程。
二、 SPR传感器原理SPR仪器是一种专门用于生物、化学、物理、电子等领域的实验仪器，涵盖实时观测、质谱分析、色谱分离、抗体、核酸和蛋白质分离等多个方面。
在生命体科学领域中，SPR技术往往用于生物分子的相互作用研究。
SPR传感器通过纳米金属膜、缓冲液和生物分子的三层结构，实现物质的检测和定量分析。
SPR传感器主要包括反射镜和传感芯片两部分。
反射镜是反射光路，传感芯片是SPR检测主体，包括印有生物分子的金属膜和标准的微流控芯片等。
在传感芯片中，生物分子会通过特定的方法连接到金属膜上。
当样品液体流经传感芯片上的生物分子时，样品中的生物分子与固相生物分子进行对应的生物，请扣除ins识别，导致金属膜的共振条件发生变化，通过监测反射光强度的变化判断样品中是否存在生物分子。
三、 SPR传感器的应用1. 蛋白质互作研究：由于蛋白质在许多生物学过程中都扮演着重要的角色，因此SPR技术已成为蛋白质互作研究的重要手段。
SPR技术可以精确地确定蛋白质相互作用的速率、常数和亲和度，进而研究生物分子之间的相互作用机制。
2. 生物检测：SPR技术在生物检测中具有很高的应用价值。
表面等离子体光子学
表面等离子体光子学表面等离子体光子学（Surface Plasmon Photonics，SPP）是一门研究表面等离子体波（Surface Plasmon Polariton，SPP）在光学器件和纳米结构中的应用的学科。
通过控制表面等离子体波的性质，可以实现超分辨成像、传感器和信息传输等诸多应用。
表面等离子体波是一种在金属-介质界面上的电磁波，它是电磁波与金属表面的电子振荡耦合形成的。
相比于传统的光学波，表面等离子体波具有较小的波长和高度集中的电磁场分布。
这种特性使得表面等离子体波在纳米尺度下具有重要的应用潜力。
在表面等离子体光子学领域，研究人员致力于设计和制造能够控制和操纵表面等离子体波的纳米结构和器件。
例如，金属纳米颗粒的阵列可以产生局域化表面等离子体共振，从而实现超分辨成像。
利用这种特性，可以实现将光束聚焦到比传统光学器件更小的尺寸，并且提高传感器的灵敏度。
在超分辨成像方面，表面等离子体光子学可以绕过折射极限，实现超越衍射极限的成像分辨率。
传统的光学显微镜由于受到折射极限的限制，无法观察到更小尺寸的细节。
而利用表面等离子体波的局域性特点，可以实现对纳米颗粒和分子的高分辨成像。
表面等离子体光子学在传感器应用领域也具有巨大的潜力。
通过改变表面等离子体波的传播条件和耦合效率，可以实现对纳米级生物分子和化学分子的检测和识别。
这种基于表面等离子体波的传感器具有高灵敏度、快速响应和实时监测的优势，有望在医学诊断、环境监测和生物工程等领域得到广泛应用。
此外，表面等离子体波还可以用于信息传输和光子集成电路等方面。
通过在金属纳米结构上载体表面等离子体波，可以实现纳米级别的光子器件和集成电路，从而提高光通信和信息处理的效率。
表面等离子体光子学的研究面临一些挑战和难题。
例如，对表面等离子体波的耦合和控制要求高精度的纳米级加工技术，这对制备工艺提出了较高要求。
此外，表面等离子体波在金属-介质界面上的能量损耗较大，需要寻找新的材料和结构来减小能量损耗，并提高光学器件的效率。
(整理)细说神奇的表面等离子体波
细说神奇的表面等离子体波光通信的新宠——表面等离子体波光纤是现在全世界最普遍使用的传递光信号的传播器件。
它巨大的容量使得科学研究人员对于它将来能够取代微处理器和电子计算机芯片中的各种电子器件充满信心。
但是很不幸的是，光纤的尺寸太大使得它和小巧的芯片接口无法匹配。
光电子器件大的原因在于其尺寸被衍射这一物理规律所制约。
空间中相聚很近的光之间会相互干涉叠加，这导致承载光信号的光纤的最小宽度是光波长的一半。
芯片上传播的光信号通常是1500nm波长的远红外光（这也是人类规定的一切通讯电磁波的波长）。
这样光纤的最小宽度会远大于我们目前正在使用的纳米电子器件（硅的集成芯片通常只有100nm的量级），使得光纤和芯片的接口无法匹配。
毫无疑问，人类对于这个衍射极限是无法突破的，因此一度陷入沮丧。
但是最近几十年来，人们发现了一种可以用做电子器件与光纤通信媒介的现象：plasmon （表面等离子体波在金属和介质表面的震动），使得整个研究方向重现曙光。
当电磁波在金属和介质表面传播的时候，会引起金属表面电子的共振。
电子振动的频率和电磁波是吻合的，但是却有着比电磁波小很多倍的波长（如上图所示）。
这意味着，这种表面plasmon振动的波长是被极大压缩了的，可以用来连接大尺度的光纤和纳米级的电子器件。
在金属和电介质表面可以看到，在光纤中同样频率电磁光的波长在meta-material（利用上述plasmon现象制作的材料）中被压缩了几十甚至上百倍（如上图所示），这样光纤和芯片接口尺寸不匹配的问题被解决了，我们只需要在中间加一个plasmonic的转换过渡（如下图所示）。
该器件的一个极大的优点就是低功耗。
或许有人会疑惑，因为人们对金属的第一印象就是电磁波会被金属所吸收转化成热量。
然而这种表面的plasmon的功耗极小，因为它只是在金属的表面振动，根本没有进入金属内部，所以自然耗散极小。
表面等离子体波的历史1）炼金术士的彩色酒杯炼金术士们在几千年前就已经不经意地参杂金属物质，通过plasmonics的效应来制作有颜色的酒杯。
基于超连续谱的光子晶体光纤表面等离子体效应
空 气 孔 完 全 塌 缩 的 光 子 晶体 光纤 表 面 等 离 子 体 共 振 传 感 器 模 型 ， 模 拟 计 算 了其 中 的表 面 等离 子 体 共 振 效 应 。 并 制 作 了全 光 纤 化 的波 长 检 测 型 的 光 子 晶 体 光 纤 表 面 等 离 子 体 共 振 传 感 器 ， 用 超 连 续 谱 光 源进 行 了 相 关 实 验 。 利 实 验 结 果 表 明 ： 空 气 为 待 测 环 境 介 质 时 ， 应 的 共 振 波 长 为 ４ ５ｎ 与理 论 计 算 相 符 合 。 以 对 ６ ｍ， 关 键 词 ： 表 面 光 学 ； 光 纤 表 面 等 离 子 体 共 振 传 感 器 ； 超 连 续谱 ； 光 子 晶体 光 纤
第 ２ ３卷第 ｌ 期
２１ ０ １年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
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Ｓ Ｄ等 人首先 提 出 了在 线传 输 式和 终端 反射 式这 两 种 基 于波 长 检 测 的光 纤 Ｓ Ｒ传 感 器 。光 纤 Ｓ Ｒ传 感器 Ｏ＿ Ｐ ］ Ｐ
国 内 外 报 道 的 光 纤 Ｓ Ｒ 传 感 器 Ｐ ， 少 用 的 是 外 径 ２ ０ ６ ０ ｍ， 度 １ ～ ２ 不 ０ ￣ ０ 长 Ｏ Ｏ ｍｍ 的 光 纤 ， 用 的 是 终 采
表面等离子体增强技术在传感中的应用
表面等离子体增强技术在传感中的应用在当今科技飞速发展的时代，各种先进的技术不断涌现，为人们的生活和科学研究带来了诸多便利。
表面等离子体增强技术就是其中一项具有重要应用价值的技术，尤其在传感领域展现出了巨大的潜力。
要理解表面等离子体增强技术在传感中的应用，首先得明白什么是表面等离子体。
简单来说，表面等离子体是一种在金属和电介质界面上传播的电磁波。
当光照射到金属表面时，自由电子会与光子相互作用，产生集体振荡，这就是表面等离子体现象。
而表面等离子体增强技术，则是通过巧妙的设计和结构优化，来增强这种表面等离子体效应，从而实现更高灵敏度和更精准的传感检测。
那么，这项技术在传感领域到底有哪些具体的应用呢？一个重要的应用就是在生物传感方面。
比如，在疾病的早期诊断中，能够快速、准确地检测到生物标志物是至关重要的。
表面等离子体增强技术可以用于构建高灵敏度的生物传感器，能够检测到极微量的蛋白质、核酸等生物分子。
通过在金属表面修饰特定的生物识别分子，如抗体、适配体等，当目标生物分子与之结合时，会引起表面等离子体共振峰的变化，从而实现对生物分子的检测。
这种方法不仅灵敏度高，而且检测速度快，对于癌症、心血管疾病等重大疾病的早期诊断具有重要意义。
在化学传感方面，表面等离子体增强技术同样表现出色。
例如，它可以用于检测环境中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等。
通过设计特殊的纳米结构，使金属表面的等离子体共振对这些化学物质产生灵敏的响应，从而实现对环境污染物的快速检测和监测。
这对于保护环境、保障人类健康具有重要的现实意义。
除了生物和化学传感，表面等离子体增强技术在食品安全检测中也发挥着重要作用。
如今，人们对食品安全的关注度越来越高，需要能够快速、准确地检测食品中的各种污染物和添加剂。
利用表面等离子体增强技术，可以开发出高灵敏度的传感器，用于检测食品中的农药残留、兽药残留、非法添加物等。
这些传感器不仅能够在实验室中使用，还可以实现现场快速检测，为食品安全监管提供了有力的技术支持。
拉曼光谱和表面等离子体共振
拉曼光谱和表面等离子体共振拉曼光谱和表面等离子体共振是两种在纳米科学和纳米技术领域中常见且重要的表征技术。
本文将对拉曼光谱和表面等离子体共振进行详细介绍和比较。
拉曼光谱是一种通过分析样品散射光的频移来确定其结构和成分的技术。
拉曼光谱原理简单，操作方便，能够提供大量有用信息。
通过观察激发分子或晶体表面振动、转动而产生的拉曼散射谱线，可以得知样品的对称性、结构和化学组成，甚至可以对样品进行定量分析。
拉曼光谱在材料科学、生物医学、环境监测等领域都有广泛的应用。
而表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种基于金属与介质界面上的等离子体共振现象来检测生物分子相互作用的技术。
SPR技术广泛应用于生物传感、药物筛选、生物分子互作等领域。
通过监测金属表面等离子体共振图谱的变化，可以实时、无标记地研究生物分子之间的相互作用，分析其亲和性和动力学参数。
在比较两种技术时，拉曼光谱具有非接触、高灵敏度和选择性强等优点，可以对不同类型的样品进行分析，并且不受样品形态的限制。
而表面等离子体共振技术在生物分子相互作用的研究中更具优势，可以实现实时监测和连续检测，具有较高的检测灵敏度和准确性。
综上所述，拉曼光谱和表面等离子体共振是两种独特且重要的表征技术，在纳米科学和纳米技术领域起着关键作用。
不同的应用场景和需求可以选择合适的技术进行表征和分析，以实现科学研究和工程应
用的目的。
拉曼光谱和表面等离子体共振的发展和应用将进一步促进纳米科学领域的发展和创新。
超连续谱光源应用系列(一)——表面等离子体
超连续谱光源应用系列（一）——表面等离子体表面等离子体激元（surface Plasmon polarizations, SPPs）是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波，其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减，它能被电子也能被光激发。
表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。
发展简史☞1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象☞1941年，Fano解释了SPR现象☞1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础☞1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定☞1987年，Knoll等人开始SPR成像研究☞1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器表面等离子共振原理光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。
当两波相遇时可能会发生共振。
当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。
能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。
可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为SPR角。
SPR角随金表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。
这就是SPR对物质结合检测的基本原理。
SPR用途简介实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受体—配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。
超连续谱是指超短脉冲在非线性介质中传输时，由于介质的非线性效应及色散效应的共同作用，导致脉冲的光谱被极大的加宽，使光谱的宽度远远大于入射光脉冲的宽度。
表面等离子共振技术
表面等离子共振技术图2 消逝波在界面的传达2外表等离子波; 等离子体通常是指由密度相当高的自在正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目简直相等，外部不构成空间电荷。
假设把金属的价电子看成是平均正电荷背景下运动的电子气体，这实践上也是一种等离子体。
当金属遭到电磁搅扰的时，金属中的电子密度散布就会变得不平均。
想象在某一区域电子密度低于平均密度，那么就会构成局部的正电荷过剩。
这时由于库仑引力作用，会把近邻的电子吸引到该区域，而被吸引的电子由于取得附加的动量，又会使该区域聚集过多的负电荷,然而，由于电子间的排挤作用，使电子再度分开该区域，从而构成价电子相关于正电荷背景的坎坷振荡。
由于库仑力的长程作用，这种局部的电子密度振荡将构成整个电子系统的纵向团体振荡，并以密度坎坷的波的方式来表现。
可知，金属中的价电子相当于正离子背景的这种振荡与导电气体中的等离子振荡相似，故称为金属中的等离子振荡。
外表等离子振荡也是如此，我们可以看成其外部也有一定的电子振荡波的存在。
3当光线在棱镜与金属膜外表上发作全反射现象时，会在金属膜中发生消逝波，消逝波与外表等离子波发作共振时，检测到的反射光强会大幅度地削弱。
能量从光子转移到外表等离子，入射光的大局部能量被外表等离子波吸收，使得反射光的能量急剧增加。
因此，可以反射光强的照应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为共振角。
SPR角随金外表折射率变化而变化，而折射率的变化又与金外表结合的分子质量成正比。
这就是SPR 对物质结合检测的基本原理。
SPR传感系统普通是由光学系统，传统系统和检测系统这3局部组成的。
其中，光学系统包括光源和光路，用以发生契合功用要求的入射光；传感系统应用上述原理将待测信息转换为敏感膜的折射率的变化，并经过光学耦合转换为共振角或共振波长的变化；检测系统检测反射光的发光强度，记载共振吸收峰的位置，当入射波以某一角度或某一波长入射，近场波矢K和SPW的波矢相等，发作谐振，入射光能量耦合到SPW波，反射光强度出现一个凹陷。
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超连续谱光源应用系列（一）——表面等离子体
表面等离子体激元（surface Plasmon polarizations, SPPs）是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波，其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减，它能被电子也能被光激发。
表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。
发展简史
☞1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象
☞1941年，Fano解释了SPR现象
☞1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础
☞1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定
☞1987年，Knoll等人开始SPR成像研究
☞1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器
表面等离子共振原理
光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。
当两波相遇时可能会发生共振。
当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。
能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。
可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为SPR角。
SPR角随金表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。
这就是SPR对物质结合检测的基本原理。
SPR用途简介
实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受体—配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。
超连续谱是指超短脉冲在非线性介质中传输时，由于介质的非线性效应及色散效应的共同作用，导致脉冲的光谱被极大的加宽，使光谱的宽度远远大于入射光脉冲的宽度。
超连续谱光源具有普通白光光源和单色激光光源两者的优点，可以输出光谱宽度覆盖400~2400nm，而同时又保持了激光光源相干性好、亮度高的优点。
以超连续谱光源为光源，对基于SPPs共振的衰减全反射进行研究有很大的优点：一是通过精确选择入射波长，使SPPs产生的衰减全反射共振深度最大，即使金属薄膜厚度等参数有所偏差时，仍能通过调整使系统处于最佳工作状态；二是可以同时进行多波长工作，保持系统条件的一致性，可以满足许多特殊的测量工作；三是可以通过反射光强测量，光谱测量以及相位检测等多种原理反应SPPs共振效应，具有既能保证测试精度，又可以在同一系统中从多方面反映SPPs共振特性的优点。
目前北京拓普光研在超连续谱光源应用方面做了诸多工作，超连续谱光源在诸多领域有重要的应用价值，前景十分看好。