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技術(shù)應(yīng)用
表面等離子共振是一種光學(xué)現(xiàn)象。
表面等離子體共振(Surface plasmon resonance, SPR),是指當在金屬和電介質(zhì)界面處入射光場滿足一定的能量與動量匹配條件下所激發(fā)金屬表面的自由電子相干振蕩而產(chǎn)生表面等離子體的一種物理現(xiàn)象。
1902年,Wood等人在研究金屬光柵衍射時首次發(fā)現(xiàn)了SPR現(xiàn)象。1960年,Stern和Farrell首次提出了表面等離子體的概念;當一束電磁波從電介質(zhì)經(jīng)由界面入射至金屬時,自由電子會在電介質(zhì)與金屬表面處累積產(chǎn)生表面極化電荷,這些表面電荷密度的空間分布沿著金屬表面產(chǎn)生縱波形式的振蕩,此即金屬的表面等離子體波( Surface Plasmon Wave, SPW ) 。當入射電磁波沿界面方向波矢分量與SPW的波矢相同時,即可激發(fā)表面等離子體共振現(xiàn)象(Surface Plasmon Resonance, SPR)。入射電磁波的能量被SPW吸收,使得反射電磁波能量急劇下降,在反射光譜上可以觀察到明顯的吸收峰,此時入射電磁波的角度被稱作SPR角(共振角)(如圖1所示) [1]。
圖1:SPR現(xiàn)象示意圖
基于SPR檢測原理開發(fā)的傳感器,通過與生物薄膜技術(shù)相結(jié)合,可以在金屬膜表面印刷能特異性結(jié)合的生物表面基質(zhì);然后通過生物偶聯(lián)等方法在生物表面基質(zhì)層上包被特定的蛋白,SPR生物傳感器便能對溶液中特定的生物分子進行生物測量。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)手段相比,SPR生物傳感器由于其檢測靈敏度高、樣品溶液消耗小、樣品無需標記和純化、可實時監(jiān)測化學(xué)生物反應(yīng)過程等優(yōu)點,近年來在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、藥品研發(fā)、醫(yī)學(xué)診斷等方面得到了廣泛應(yīng)用。
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