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1、LSPR生物传感技术的研究与应用刘国华,孙辉,张维，王程，王育剑，徐凯，岳钊（1.南开大学信息技术科学学院，天津300071；）摘要：基于局域表面等离子体共振（LSPR）现象的传感器是目前传感技术领域的一个研究热点。LSPR传感器在物理、化学特别是生物等学科的检测分析方面具有明显的技术优势。本文介绍了LSPR传感器的技术原理和特点，对目前研究的几种LSPR传感器结构和制作方法进行了比较，并且对LSPR传感技术的应用、未来发展趋势和商业化前景等进行了分析讨论。关键词：局域表面等离子体共振（LSPR）；生物传感器；纳米颗粒ResearchandAppli
2、cationontheLSPRBio-sensingTechnologyLiuGuohua,Sunhui,ZhangWei,WangCheng,Wangyujian,Xukai,YueZhao(1.CollegeofInformationTechnologyandScience,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)Abstract:Recently,theresearchonthelocalizedsurfaceplasmonresonance(LSPR)sensorsisoneofthehot-spotsint
3、hefiledofsensortechnology.TheLSPRsensorshaveobviouslytechnologyadvantageindetectingandanalyzingthepropertiesofphysicsandchemistry,especiallybiology.ThisreviewintroducesthetechnicalprinciplesandfeaturesofLSPRsensorsandcomparesthecurrentresearchofseveralLSPRsensorstructuresandpro
4、ductionmethods.Meanwhile,itdiscussesthefuturedevelopmentsandcommercialviewsofLSPRsensors.KeyWords:LocalizedSurfacePlasmonResonance(LSPR);Biosensor;Nanoparticle1．引言近年来，纳米材料由于其独特的光学、电磁学和力学特性而得到了研究人员的广泛关注。贵金属纳米粒子显示了很强的紫外－可见光吸收带特性[1-8]。科学研究表明，贵金属纳米粒子的这种特有性质取决于它们和光的强烈作用。对贵金属纳米粒子光学性质
5、的研究在理论和实践上都具有重要的意义。从理论上说，它对于系统研究纳米量级结构和引起光学性质变化的局部环境因素，以及预测结构的变化等起到了十分重要的作用。从实践上说，如果纳米结构的光学性质可调试，则它可以应用于表面增强光谱[9-13]，光学滤波器[14,15]，等离子体设备[16-19]和传感器等领域。LSPR（LocalizedSurfacePlasmonResonance,LSPR）纳米传感器的传感机理与SPR（SurfacePlasmonResonance,SPR）传感器有一定的相似性，LSPR传感器可以看作是SPR传感器的拓展和延续。前者的表面
6、等离子体共振发生在金属纳米颗粒局部，后者的共振发生在连续金属薄膜表面；然而，发生在纳米颗粒局部的共振表现出的光学特性与SPR不同，在传感领域具有很大的应用潜力，因此得到了广泛研究[20-26]。贵金属（如金、银）纳米粒子，在紫外－可见光区域表现出独特的光学响应[27,28]，有强吸收作用。LSPR现象发生时，入射光子频率和金属纳米粒子或金属岛传导电子的整体振动频率相匹配，对光子能量产生很强的吸收作用，而且吸收率随着光子能量的减少呈指数衰减，因此出现LSPR带。研究显示，LSPR吸收谱对粒子结构和周围环境媒介等很多因素都非常敏感[29-35]。被测溶液
7、和固定探针分子的纳米颗粒之间的反应能够引起生物分子层厚度的变化，从而引起LSPR吸收峰的位移，因此基于LSPR的检测方法能够对这种即时变化进行动态检测[36,37]。以NSL（nanospherelithography,NSL）技术制作的银纳米粒子为例，当增加被吸附物层的密度和厚度时，会产生连续波长的红移。纳米粒子表面分子的大小和密度决定波长的移动响应，表面结合的配体和溶液中的目标分子共同决定系统的检测能力，整个反应归因于分子间的特异性选择。LSPR纳米传感器的性能优化可通过调整所使用的纳米粒子的大小和形状实现[30,38]。纳米材料与生物高分子、蛋
8、白质、核酸等在尺寸大小上具有相同的量级，所以在生物医学领域，基于金属纳米颗粒的LSPR传感器具有明显的技术优
