金属局部表面等离子体共振与表面等离子体共振

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2019-07-02

  我知道体相金属材料具有表面等离子共振,但是纳米金属材料具有局域表面等离子共振,结果是很多金属达到纳米尺寸时它的溶胶溶液可以对特定波长的光产生吸收,从而具有一定颜色(如有理解错误请指正)。那么金属到达纳米级别对它的这一性质产生了怎样的影响?是如何影响的?

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  金属表面存在大量自由电子,而其他物体表面并不具有大量电子,当光照射到金属表面时,电子受光波作用发生集体共振,这共振就产生表面等离子波。由于连续的金属薄膜电子浓度很高,所以等离子波的振荡频率很大,在10THz左右。

  但是对于金属纳米颗粒,由于大量减少了电子数目,其振荡频率可降至可见光范围。但由于金属不再连续,在共振波长增强的电场通过金属/介质界面迅速衰减,因此称为局域,简单来说即非连续造成了局域效应。

  表面等离子波是在平行与金属/介质界面的方向上传播,而在垂直方向上是迅速衰减的,所以也可以说在垂直方向是局域的。这种情况下与纳米粒子是一样的,纳米粒子的等离子共振其实就是局域表面等离子共振。根据Mie理论,当颗粒尺寸较小时(2R20nm),粒子可被近似看为处于同相位均匀电场中,表现为简单的偶极子共振模式。大一点的可以看做四极子或八极子或更高阶多级子振动模式。

  表面等离子体子共振是一种物理光学现象。它利用光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时渗透到金属薄膜内的消失波,引发金属中的自由电子产生表面等离子体子。

  展开全部。(1)金属块状体内等离子体的产生及振荡;(2)金属薄膜中表面等离子体子的产生及特性;(3)电磁波在金属薄膜中的传播;(4)电磁波与金属薄膜表面等离子体子的共振;(5)表面等离子体子共振光谱的特性及影响因素。从而,较为系统地论述了表面等离子体子共振传感器的理论基础。

  表面等离子体子共振是一种物理光学现象。它利用光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时渗透到金属薄膜内的消失波,引发金属中的自由电子产生表面等离子体子,在入射角或波长为某一适当值的条件下,表面等离子体子与消失波的频率与波数相等,二者将发生共振,入射光被吸收,使反射光能量急剧下降,在反射光谱上出现反射强度最低值,此即为共振峰。紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时,共振峰位置(共振角或共振波长)将不同,据此,可对待测物进行分析。在对国内外研究现状进行了深入调查和研究的基础上,本文设计并组装了新型多波长同时检测表面等离子体子共振传感装置,在第3章中详细描述了这一装置的设计路线和组装方法。迄今,已有的SPR仪器和装置其工作原理大都是以入射角做为变量,实验过程中测量反射光强度与入射角的关系,通过共振角的变化研究体系的各种性质。改变角度的方式有2种,最常用的一种是角度扫描,设置一个机械转动盘,整套装置除光源外均置于其上,然后使机械转盘以一定的速度转动,保证角度扫描过程中,单位变化值尽量小。这种装置有一个可动部件,且角度扫描过程所用的时间,在一定程度上影响了实时监测反应动态过程的进行,即实际上将会有一个时间延迟。改变角度的另一种测量方式较巧妙,无可动部件,且可以多角度同时测量,例如BIAcore的工作原理,利用点光源的发散作用,在检测器阵列中得到不同角度的反射光强度值,但此种方式可测量的角度范围较小。

  我们设计组装的表面等离子体子共振装置,固定入射光角度,以波长为变量,从碘钨(400一800nm)发出的白色光经过由2个透镜和一个偏振片做成的平行偏振光管后变成平行偏振光,以一定的角度照射到棱镜(折射率为1.516)的侧面上,经折射后光线到达棱镜的底部(预先根据Sne11定律计算出能保证光线在此界面发生全内反射的入射角,对液体样品,在第一个入射面的入射角选择47 deg 为最佳值),棱镜底部的外侧镀一层50 nm厚的金属薄膜,体积为0.2mL的流通池密封在其下面。光线在棱镜与金属的界面处发生全内反射,然后从棱镜的另一个侧面折射出去,通过下一个透镜聚焦耦合进入光导纤维,光纤将信号光再传输至光栅和CCD检测器。此装置可多波长同时检测,方法简便,快速,装置成本较低。

  采用自行组装的多波长同时测定表面等离子体子共振(Surface PlasmonResonance,SPR)装置,本文研制了8种表面等离子体子共振化学和生物传感器(见第4章):(1)乙醇SPR传感器;〈2)葡萄糖SPR传感器;(3)流基化合物1SPR传感器;(4)琉基化合物2SPR传感器;(5)琉基丙酸SPR传感器;〈6)自蛋白SPR免疫传感器;(7)纤维蛋白SPR免疫传感器;(8)DNA生物传感器。用这些传感器分析了一些化学和生物样品。主要研究结果如下:

  以金属银膜为传感膜的普通型乙醇和葡萄糖SPR化学传感器,不需要用化学或生物敏感膜修饰传感器表面。

  以A蛋白在金膜表面形成的稳定单分子层为生物连接层,分别研制了白蛋白和纤维蛋白SPR免疫传感器。现场实时监测了抗原-抗体免疫反应的动力学过程,测定了动力学常数,优化了免疫反应的温度、酸度等实验条件,研究了传感器再生的方法,用其测定了糖尿病肾病患者尿样中白蛋白的含量及合成血清样品中纤维蛋白的含量,获得了满意的结果。

  利用亲和素-生物素系统高度专一地相互作用在传感器表面固定DNA生物探针。采用人工合成特异寡核苷酸序列的方法制备DNA生物探针。

  上述化学和生物修饰型SPR传感器,选择性好,尤其是后3种SPR生物传感器,可特异地识别某种生物组分,通过现场实时观测SPR光谱共振波长的改变,监测了生物分子之间的相互作用,从而获得体系变化的各种信息。

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