快速光谱诊断SPR成像传感技术研究

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1、分类号Q6学校代码10590UDC620密级公开深圳大学硕士学位论文快速光谱诊断SPR成像传感技术研究学位申请人姓名陈开强专业名称光学工程学院（系、所）光电工程学院指导教师邵永红原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文快速光谱诊断SPR成像传感技术研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日快速光谱诊

2、断SPR成像传感技术研究摘要表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance，SPR）传感技术已成为生物研究领域的热点。由于其具有免标记、高时间分辨率、非侵入性、高灵敏度等优点，使得该技术在药物筛选、生化监测、环境监测和食品安全等领域具有巨大的应用潜力。表面等离子体共振技术是利用入射光波激发金属表面产生等离子体波，而当入射波和等离子体波的波矢匹配时，入射光波的能量将转移到表面等离子体波上，从而使反射光（p偏振）的能量剧烈减小并且相位发生变化。我们能够获取由于金膜介质表面折射率微小变化所引起的反射

3、光的光强或相位的变化情况，解析出相应样品的变化程度。本文提出一种基于光谱快速诊断方法的SPR成像技术。将波长调制技术与反馈算法相结合，可以将光谱扫描周期缩小到1s内。在光谱扫描范围内，通过CCD对相应波长下的样品进行快速成像，同时可以实时获取感兴趣区域强度随波长变化的信息，建立强度随波长变化的曲线图，通过数据拟合和插值处理，获取的最低强度值点对应的波长，即为该条件下样品的共振波长。而当样品发生反应或者样品的浓度发生改变时，又会使得样品表面的折射率发生改变，从而引起样品的共振波长发生变化，通过反馈算法，扫描范围将

4、根据共振波长动态调整，自动跟踪共振波长，可以实时监测共振波长随样品的变化情况。通过本文提出的反馈算法与光谱扫描SPR成像系统相结合的生物检测技术，可以在不影响原系统灵敏度的条件下，提高了时间分辨率。基于我们提出的快速光谱诊断SPR成像系统，我们测量了不同浓度的NaCl溶液的-5SPR阶梯曲线，测得仪器的灵敏度为3.869×10RIU，动态范围0.004625RIU。而后经过对兔IgG和羊抗兔IgG特异性结合反应的检测实验，验证了本系统对生物分子检测的可行性。实验表明：本系统在高通量高灵敏的生物检测方面有着很好的

5、应用前景。关键词：波长调制；表面等离子共振；光谱扫描；SPR成像；反馈算法IResearchoffastwavelengthinterrogationimagingSPRbiosensorAbstractSurfacePlasmonResonance(surfaceplasmonresonance,SPR)sensingtechnologyattractedincreasingattentioninthefieldofbiologicalresearch.Ithasabroadapplicationprospe

6、ctindrugdiscovery,biochemicalmonitoring,environmentalmonitoringandfoodsecurityandotherfields,becauseofitslabel-free,hightemporalresolution,non-invasive,highsensitivity,nobackgroundnoise,etc.TheprincipleofSPRtechniqueistheincidentwaveexcitessurfaceplasmawaves

7、,theenergyoftheincidentbeam(ppolarizedlight)willbetransferredtothesurfaceplasmonwavewhentheevanescentwavevectorisequaltosurfaceplasmonwavevector，ascausesthechangeoftheenergyandthephaseofp-wave.Therefore,smallchangesoftherefractiveindexonthesurfaceofthegoldfi

8、lmwereobtainedwiththeintensityandthephaseofreflectedlight.Then,characteristicinformationofsampleisachieved.WeproposearapidimagingSPRtechniquebasedonspectralimagingmethodsinthispaper.Wavelengthsc