基于动态光增强的SPR传感技术研究

发布时间：2020-06-07 05:47

【摘要】：表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感技术已被广泛应用于生物分子相互作用的研究,SPR技术具有无需标记、实时监测、操作简便等优点。由于传统的SPR传感器灵敏度较低,因此研发一种具有高灵敏度的SPR传感器对于实现低浓度生物标志物的有效探测具有重要的研究意义。本文从SPR传感器的芯片材料和免疫分析方法出发,使用基于金银合金薄膜的SPR(AuAg-SPR)传感器,首次提出基于动态光增强的AuAg-SPR传感方法,以夹心免疫结构作为金纳米粒子(Gold Nanoparticles,AuNPs)载体,实现对痕量生物标志物的高灵敏探测;同时,设计了多层SPR传感结构分析算法,进一步评估和优化传感模型,降低对生物标志物的检测下限。本文的主要研究内容如下:(1)建立了多层膜结构的SPR传感模型,结合Fresnel方程和Bruggeman等效折射率公式,设计了多层SPR传感结构分析算法,为评估和优化SPR传感模型奠定了理论基础。(2)使用基于AuAg-SPR的夹心免疫放大检测方法,对卵巢癌的特异性肿瘤标志物Cancer antigen 125(CA125)进行定量探测,最低检测限达到0.1 U/mL,与相同条件下使用传统的基于金膜的SPR(Au-SPR)传感器的检测结果(最低检测限为20U/mL)相比,降低了2个数量级。(3)进一步改进传感方法,提出基于动态光增强的AuAg-SPR传感方法,以夹心免疫结构作为AuNPs载体,对心血管疾病的生物标志物C-reactive protein(CRP)进行定量探测,与基于AuAg-SPR的夹心免疫放大检测方法相比,灵敏度提升了5.56倍,最低检测限达到5 pg/mL,与相同条件下使用Au-SPR传感器的检测结果(最低检测限为50 pg/mL)相比,降低了 1个数量级。(4)使用多层SPR传感结构分析算法进行模型仿真和数值分析,完成了AuAg-SPR传感器的敏感特性研究和分子吸附参数的等效计算,然后进一步研究了抗原尺寸对检测结果的影响,验证了动态光增强效应的机理,实现了多层膜结构的SPR传感模型的评估与优化。本研究的创新性在于:(1)首次提出基于动态光增强的AuAg-SPR传感方法,以夹心免疫结构作为AuNPs载体,实现了对痕量生物标志物的高灵敏探测。(2)建立了多层膜结构的SPR传感模型,采用多层SPR传感结构分析算法实现了传感模型的评估与优化。
【图文】：

ｋｘ邋—邋ｋ０逦（２－３）逡逑从图２－２中的ＳＰＷ的色散曲线和入射光的色散曲线可以看出，在相同的频率《逡逑下，ＳＰＷ的波矢＆始终大于自由空间的光波矢＜，且两者的差值随着Ａ的增加而逡逑增加，这说明只是将光以一定角度入射到金属表面是无法激发ＳＰＷ的，若要激发逡逑ＳＰＷ，需要保证在棱镜一金属界面处，入射光波的波矢平行于界面的分量和激发逡逑ＳＰＷ在同方向上的波矢分量相等。因此，ＳＰＷ需要特定的激发方式来实现波矢补逡逑偿邋Ｉ６９］。逡逑光子０邋＝洗逡逑Ｉ逦表面等离子体逡逑ｒｒ逡逑Ｋ邋ｋｓｐ逦ｋ逡逑图２－２半无限大金属一介质界面处的ＳＰＷ和入射光波的色散曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋ＳＰＷ邋ａｎｄ邋ｉｎｃｉｄｅｎｔ邋ｌｉｇｈｔ邋ｗａｖｅｓ邋ａｔ邋ｓｅｍｉ－ｉｎｆｉｎｉｔｅ邋ｍｅｔａｌ－ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑９逡逑

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【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212

【参考文献】

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本文编号：2700945