表面等离子体共振
表面等离子共振技术（Surface
张颖娱 综述
Plasmon Resonance SPR）
学号 10281036
生物物理系
摘要 : SPR 是一种物理光学现象，而且 SPR 对金属表面附近的折射率的变化极为敏感，利用这一性 质，将一束平面单色偏振光以一定角度入射到镀有薄层金膜的玻璃表面发生全反射时,若入射光的波向量与 金膜内表面电子的振荡频率匹配,光线即耦合入金膜引发电子共振,即表面等离子共振。以 SPR 原理设计的 生物传感器近来引起广泛的重视。 关键词 表面等离子共振 生物传感器 薄膜
1900 年,由 Wood 发现了光波通过光栅后,光频谱发生了小区域损失,这是关于 SPR 这一电磁场效应的最 早记载。1941 年,FanoU 发现这种“Wood 异常”是由于等离子波造成的。1958 年,Turbader 首先对金属薄膜 采用光的全反射激励的方法,观察表面等离子共振现象。 此后,至 60 年代 Otto 以及 1971 年 Kretschmann 分别 发表了里程碑性质的文章,激发了人们应用 SPR 于传感机制的热情,而 Kretschmann 结构也为 SPR 型传感器 奠定了基础。目前 SPR 被尝试用于测量各种物质的结构、特性及其的相互作用等。 1 SPR 生物传感器的基本原理： （如图 2 所示） 表面等离子振动是金属表面自由电子的一种集团运动,代表了一种表面带电的量子振动。在激励 SP 的 通常方法中,光入射在金属薄膜上,产生衰减场,衰减场的穿透深度 dp 为：
（1） 通常要求金属薄膜小于 60mm,达到衰减场中的 TM(横磁波)极化能量耦合并激发等离子态,耦合的数 量、 等离子体的强度受到了金属两侧材料的影响,如果在金属薄膜一侧加一层待测物质,试样与金属薄膜的耦 联影响了结构的折射率,从而影响了反射光、衰减以及等离子体共振。所以,可以把 SPR 型传感器看作等离 子体耦联效率的度量计。基原理如图 2 所示， 其中：
上述两个公式分别为沿表面传播的波矢量,其中:λ为入射光波长,εm 为金属介电常数 的实部,εd 为金属外介质的介电常数,np 为透镜的折射率,θ为入射光与表面法线的夹角。发生共振时,入射 光与法线的临界角为:
θ=arcsin[εmεd(εm+εd)εg]1/2
(4)
显然,共振角受到折射率(或介电常数)的影响,此时,金属膜外侧的衰减场为:
E=E(0)exp〔-[-εm2εm+εd]1/2zλ〕
(5)
可见,当电磁场沿着金属表面传播,其衰减场按指数规律衰减。根据 MAXWELL 方程,激励 SP 需要满足: (1) 绝缘体的介电常数为正实数; (2) 金属薄膜的介电常数为负; (3) 金属薄膜的介电常数的模大于虚部,因为虚部决定了等离子的衰减速度。 对于表面等离子与外部电磁辐射耦合，目前有三种理论模型： （如图 3 所示） (a) 衍射光栅型; (b) Otto 结构:具有高折射率棱镜和半无限电介质,其间存在狭缝,这种方法在实践中不方便; (c) Kretschmann 结构:用金属薄膜来取代半无限电介质,在某个角度,入射到薄膜上的光波矢量与 表面等离子体波矢量的频率相同,光的能量便能有效的传递给表面等离子体。
Kretschmann 结构实现起来相当方便,从而引起了广泛关注。目前,大多数的研究都以此为基础;衍射光栅
型的研究受到微细加工工艺的限制,研发工作开展的相对较少。同时，由于表面缺陷会造成表面等离子的锥 形辐射，所以 SPR 共振型传感器对金属薄膜要求较高。 2 SPR 生物传感器的结构：. SPR 型生物传感器主要包括光波导器件、金属薄膜、生物分子膜三个组成部分。其关键在于金属薄膜 和生物分子膜的沉积。金属薄膜通常采用银膜，但是对于光纤型的传感则更多的使用金膜。膜厚度通常为 60－90nm。 生物分子膜的成膜方法包括，金属膜直接吸附法、共价连接法、单分子复合膜技术。目前又出现了软 光刻新技术（又称为分子印膜技术） ，用于分子水平上构造敏感表面。 基于 SPR 的传感器，其传感机制分析可以分为两个部分： （1） SPR 的电磁场效应分析；
（2） 生物大分子相互作用对介电物质的影响。传感过程如图 1 ：
图 1 传感器机理示意 表面等离子共振的生物传感系统与其他光生物传感器系统一样，需要光源、光路、光电耦合器件或光 谱分析设备、反应池、液流控制系统。光源有 He—Ne 激光器、半导体激光器、发光二极管等。光电耦合 器件主要有光电二极管、CCD 等。光路往往采用棱镜组或光纤构造。 3 SPR 的应用
生物分子相互作用分析(biomolecular interaction analysis,BIA)正是基于 SPR 这一原理,将探针或 配体固定于传感器芯片镀着的金膜表面,含分析物的液体流过传感片表面,分子间发生特异性结合时可引起 传感片表面折射率的改变,通过检测 SPR 信号改变而监测分子间的相互作用。 在ＳＰＲ-ＢＩＡ的实时监测中,我们可以获悉:(1)特异性—哪些分子发生了相互作用?(2)浓度—存在 多少结合分子?(3)动力学—相互作用的速率、结合和解离的比例是多少?(4)亲和性—相互作用的程度有多 大?(5)协同作用—是否存在任何异构效应?(6)相互作用模式—结合模式与不同样品是否存在对应关系? 3.1 SPR 技术在蛋白质组学中的作用 生物分子相互作用分析质谱质谱(ＢＩＡ-ＭＳ)是ＳＰＲ-ＢＩＡ技术与传统的蛋白鉴定技术ＭＡＬＤＩ -ＴＯＦ-ＭＳ(基质辅助的激光解吸离子化时间飞行质谱)有机结合形成的一种新的研究手段。ＢＩＡ-ＭＳ 分为两步:第一步,ＳＰＲ检测自身环境中的生物分子;第二步,ＭＡＬＤＩ-ＴＯＦ-ＭＳ鉴定结合在ＳＰＲ传 感器表面的分析物。这种方法综合了ＳＰＲ-ＢＩＡ和ＭＡＬＤＩ-ＴＯＦ-ＭＳ两种技术的优势,实现了定量 与定性的结合。 ＢＩＡ-ＭＳ在研究蛋白质复合物组分间相互作用的动力学参数、利用结合位点结构的研究筛选功能性
的突变、通过依次结合事件的分析揭示重要的生理分子级联反应机制、研究任何蛋白质间的相互作用等方 面具有广泛的用途,是蛋白质组学中研究的有力工具。 (1)蛋白间相互作用方面的研究:利用ＢＩＡ-ＭＳ可以筛选和鉴定感兴趣的蛋白及与 结合的对象,这是
ＢＩＡ-ＭＳ的一个主要应用领域。例如采用ＢＩＡ与基因标签技术进行蛋白质的鉴定。实验将表达标签基 因融合入未知基因中,通过标签基因的表达来检测痕量表达的靶蛋白。 靶蛋白的分子量由ＭＡＬＤＩ-ＴＯＦ 在传感器芯片表面直接测定,并经序列资料库的搜寻核实、鉴定。由此可见,ＢＩＡ-ＭＳ在选择性回收靶蛋 白中具有特异性和极高的敏感性,并能有效区别靶和非靶物质。另外,利用抗原抗体反应,ＢＩＡ-ＭＳ还可用 于食物中一种或多种细菌毒素的检测。有研究报道采用ＢＩＡ-ＭＳ技术在牛奶、蘑菇等食品中快速实时检 测出葡萄球菌肠毒素和毒素休克综合征毒素Ｉ。 (2) 蛋白结构与功能关系的分析:ＢＩＡ在实时检测分子间相互作用时可提供动力学信息。同一蛋白质 中不同氨基酸残基与其他分子相互作用时的动力学改变不同,因此可推测出该蛋白内部存在的不同功能基 团、蛋白在翻译后发生的不同修饰。例如将脂蛋白 B100 固定于传感器芯片上，依次注入不同的单克隆抗 体， 由于不同的抗体与脂蛋白 B100 相互作用的能力不同， 所以可以精确鉴定脂蛋白 B100 上的不同结构域。 其余的用途可以筛选蛋白的遗传多态性，检测人类遗传突变，并且可以区别正常和突变的靶 DNA。 (3)疾病诊断中的应用：由于ＳＰＲ-ＢＩＡ技术具有实时、免标记和非破坏性检测特性,它在医疗诊断 和新药开发与筛选中具有极大的应用潜力。例如用ＳＰＲ技术对人体内铁蛋白含量进行实时监测，并且指 导临床治疗。 3.2 生物特异相互作用的动力学、结合位点及浓度分析 生物分子作为分析物可与传感芯片上固相化的特定的配位体进行生物特异性相互作用，例如传感芯片 SA 结合生物素化的配位体可与肽类、蛋白质类及 DNA 等分析物结合。传感芯片 NTA 通过金属络合捕获 配位体可与组氨酸标记蛋白质类分析物结合。传感芯片 HPA 的疏水性表面涂以规定使用的脂质体类，造成 亲水性表面与分析物结合。具体应用如下： 1991 年，Karlsson 等应用自动的 BIA 系统进行了单克隆抗体－抗原相互作用的动力学反应研究，并 且通过数学推导和动力学分析计算出 HIV-1 核心蛋白质 P24 在 3×104～7。4×105L.mol*S
-1
范围的解离速
率常数。1992 年，Fagerstam 等应用 BIA 进行了胰岛素样生长因子－1 动力学分析，结合位点及浓度分析。 3.3 免疫特异识别机制的研究 T 细胞对抗原的识别是目前免疫学研究的热点。T 细胞受体（T cell receptor, TCR）只能识别表达于抗 原呈递细胞表面的由主要组织相容性复合物（MHC）分子呈递的抗原肽段。1994 年，Corr 等提出了应用 BIA 定性、定量地研究 TCR 和 MHC 分子/抗原肽段之间地相互识别特异性和相互作用的强弱及动态常数。 3.4 在其他研究方面的应用 BIA 可在非纯化条件下测定生物分子之间相互作用的能力，因此对筛选和确定一些孤儿受体的未知配 体是一较为理想的技术，被称为“配体垂钓”的方法显示，应用 BIA 可简便快速地从细胞粗提液或细胞上 清液发现及确定细胞受体配体。 如 Bartley 等应用 BIA 获得 ECK 受体的配体 B61。 对抗体特异性研究可直接从细胞培养液中进行。 BIA Johne 等应用 BIA 进行了单克隆抗体的结合动力学研究。 4 SPR 展望 SPR 仪器系统适用面非常广。在微生物检测、药物筛选、血液分析、DNA 分析、抗原/抗体分析、 有毒气体检测等方面都有不俗的表现,对于环境污染的控制、医学诊断、食品及药物检测、工业遥感等方面
都将是有力的工具。BIA 则作为生物分子特异相互作用的新技术，在生命科学新领域的研究如药物开发、 细胞信号、蛋白质与 DNA 之间的复制、转录、调控等方面的应用，将有更加广阔的前景。 Reference: 1《基于表面等离子共振的生物传感器的历史、现状与前景》 蔡强 李翔 陈裕泉综述 器国家专业实验室(310027) 2《动态范围可调的波导型 SPR 传感器模型》 金红涛,马万云 (清华大学应用物理系,北京 100084) 浙江大学生物传感
3《表面等离子共振技术在蛋白质组学中的应用》孙颖, 张阳德 (中南大学湘雅医院肝胆肠外科研究中心, 湖南长沙 410078) 4《生物特异相互作用分析及其应用进展》 陈执中 复旦大学药学院 （上海 200032）
表面等离子体共振实验
表面等离子体共振实验 姚付强 2012326690046 应用物理学12（2）班 实验目的： 1. 了解全反射中消逝波的概念。 2. 观察表面等离子体共振现象，研究共振角随液体折射率的变化关系。 3. 进一步熟悉和了解分光计的调节和使用。 实验原理： 当光线从光密介质照射到光疏介质，在入射角大于某个特定的角度（临界角）时，会发生全反射现象。但在全反射条件下光的电场强度在界面处并不立即减小为零，而会渗入光疏介质中产生消逝波。若光疏介质很纯净，不存在对消逝波的吸收或散射，则全反射的光强并不会衰减。反之，若光疏介质中存在能与消逝波产生作用的物质时，全反射光的强度将会被衰减，这种现象称为衰减全反射。 如果在这两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜，那么全反射时产生的消逝波的P 偏振分量将会进入金属薄膜，与金属薄膜中的自由电子相互作用，激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波。表面等离子体共振原理如图所示。 对于某一特定入射角，消逝波平行于金属(电介质)界面的分量与表面等离子体波的波矢（或频率）完全相等，两种电磁波模式会强烈地耦合，消逝波在金属膜中透过并在金属膜与待测物质界面处发生等离子体共振，导致这部分入射光的能量被表面等离子体波吸收，能量发生转移，反射光强度显著降低，这种现象被称为表面等离子体波共振。 当发生共振时，表面等离子体共振角与液体折射率的关系由以下公式表示 2 2 122 10Re Re )sin(n n n sp +=εεθ 其中 sp θ 为共振角， 0n 为棱镜折射率，2n 为待测液体折射率，1Re ε 为金属介电
常数的实部。 实验仪器 表面等离子体共振实验仪器装置如图所示。主要由分光计、激励光源、偏振片、硅 光电池、光功率计、半圆柱棱镜（内充液体介质）。 实验内容 1. 调整分光计 2. SPR传感器中心调整 3. 测量某一液体的共振角 数据处理 最大光强为126 光强126 121 115 107 97 92 91 83 86 87 88 89 93 1.0 0.96 0.91 0.85 0.77 0.73 0.72 0.66 0.68 0.69 0.70 0.71 0.74 相对光 强 63 65 66.5 68 69.5 71 72.5 73 73.5 74 75.5 77 78.5 入射角 （°）
微结构光纤表面等离子体共振传感器研究
第26卷第1期 深圳大学学报理工版 Vol 126No 112009年1月 JOURN AL OF SHE NZHEN UN I V ERS IT Y S C IE NCE AND E NGI N EER I NG Jan 12009 文章编号:100022618(2009)0120016204 【光学工程】 收稿日期:2008206223;修回日期:2008211212 基金项目国家自然科学基金资助项目(636);深圳市科技计划资助项目()作者简介闫培光(2),男(汉族),山东省潍坊市人,深圳大学副教授、博士2y @z 11通讯作者阮双琛(632),男 (汉族),深圳大学教授、博士生导师2@z 11微结构光纤表面等离子体共振传感器研究 闫培光1,邢凤飞2,阮双琛1,李乙钢2 (1.深圳市激光工程重点实验室,深圳大学电子科学与技术学院,深圳518060;2.南开大学物理科学学院,天津300071) 摘 要:采用有限元法模拟微结构光纤表面等离子体共振传感器.计算其共振波长和强度,为证实表 面等离子体共振的产生,对比不同位置处传导模的分布.环形大孔中液体样品的折射率提高后,共振波长向长波移动,且共振峰值强度增大.该微结构光纤表面等离子体传感器对折射率变化的灵敏度达到10-4 . 关键词:表面等离子体共振;微结构光纤;传感器;折射率;共振波长中图分类号:TP 212;T N 253;T N 136 文献标识码:A 光纤表面等离子体共振(surface 2pals mon 2reso 2nance,SPR )传感器在化学、生物、环境与医药等领域具有重要应用[1].光纤SPR 传感器在传感机理上主要有两类:①利用倏逝场效应 [2] ,通过腐蚀或 研磨掉包层后在纤芯表面镀金属膜,或在锥形光纤表面镀金属膜;②在纤芯内写入长周期光栅 [3] ,将 芯内的模式在某一特定波长转化成包层高阶模,使高阶模与等离子体实现相位匹配.这两种光纤SPR 传感器对测量样品折射率(n )的检测灵敏度能达到10-6 量级 [425] ,但第一类SPR 传感器利用锥形光纤, 封装困难;第二类SPR 传感器只有小部分传导光发生SPR 耦合,不利于传感器灵敏度的进一步提高. 新型微结构光纤[6] (m icr ostructured 2op tical 2fi 2 ber,MOF)已应用于产生超连续谱[728] 和光纤激光 器 [9211] .其独特结构为传感器设计提供了新思路, MOF 预制棒制作灵活,可改变包层空气孔阵列控制传导光.2006年,Hassani A 指出,在SPR 传感[12] 方面MOF 主要有两个优点:①可在靠近纤芯的气孔内壁镀金属膜(如金膜和银膜),而不必像常规光纤那样腐蚀掉包层或拉很细的锥,从而使传感器设计不存在封装问题;②MOF 易于实现等离子体与传导模式的相位匹配.在纤芯内引入小气孔降低传 导模的有效折射率(n eff ),便于实现纤芯传导模与等离子体波的共振耦合.当微流体流经镀膜的包层 气孔时,其n 值的变化引起透射损耗峰的变化能够被实时检测. 对MOF 传感的理论研究有多极法 [13] 和边界积 分法[14]等.本文用有限元法对MO F 2SPR 传感器进行研究,模拟MOF 2SPR 共振波长(λR )和强度,对共振峰处SPR 现象进行讨论.研究表明,随着液体样品n 值的提高,MOF 2SPR 共振峰的中心波长向长波移动,且峰值强度随之改变.文中对MOF 2SPR 的灵敏度进行了探讨. 1 光纤参数 MOF 结构如图1.中间气孔直径d 1=115μm ,第一层气孔直径d 2=118μm ,气孔间距Λ=218 μm.其中,传导模主要限定在第一层气孔内,改变d 1可调节纤芯内传导模的n eff ,使传导模能够充分激发等离子体.应指出的是,尽管d 2/Λ>0145,但由于纤芯气孔的存在,光纤仍然保持单模条件.3个环形大孔是待测液体的通道,设液体的n =1133,环形大孔内侧壁镀金膜.3个环形孔MO F 的制作工艺相对成熟;其较大孔径便于液体在内部流动.环形大孔内径为1112μm ,外径大小不影响计算结果,光纤制作时可增大环形孔. 据Drude 关系式[12],金的介电常数εA u ( ω)=j z :0777*******:1977.E mail:anp g s u edu cn :19.E m ai l : scruan s u edu cn h ttp://o urna l .s u.e du .cn
表面等离子体共振原理及其化学应用
表面等离子体共振原理及其应用 李智豪 1.表面等离子体共振的物理学原理 人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。 1.1 基本原理[1] 光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。 等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。 金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场
表面等离子体共振
表面等离子共振技术（Surface
张颖娱 综述
Plasmon Resonance SPR）
学号 10281036
生物物理系
摘要 : SPR 是一种物理光学现象，而且 SPR 对金属表面附近的折射率的变化极为敏感，利用这一性 质，将一束平面单色偏振光以一定角度入射到镀有薄层金膜的玻璃表面发生全反射时,若入射光的波向量与 金膜内表面电子的振荡频率匹配,光线即耦合入金膜引发电子共振,即表面等离子共振。以 SPR 原理设计的 生物传感器近来引起广泛的重视。 关键词 表面等离子共振 生物传感器 薄膜
1900 年,由 Wood 发现了光波通过光栅后,光频谱发生了小区域损失,这是关于 SPR 这一电磁场效应的最 早记载。1941 年,FanoU 发现这种“Wood 异常”是由于等离子波造成的。1958 年,Turbader 首先对金属薄膜 采用光的全反射激励的方法,观察表面等离子共振现象。 此后,至 60 年代 Otto 以及 1971 年 Kretschmann 分别 发表了里程碑性质的文章,激发了人们应用 SPR 于传感机制的热情,而 Kretschmann 结构也为 SPR 型传感器 奠定了基础。目前 SPR 被尝试用于测量各种物质的结构、特性及其的相互作用等。 1 SPR 生物传感器的基本原理： （如图 2 所示） 表面等离子振动是金属表面自由电子的一种集团运动,代表了一种表面带电的量子振动。在激励 SP 的 通常方法中,光入射在金属薄膜上,产生衰减场,衰减场的穿透深度 dp 为：
（1） 通常要求金属薄膜小于 60mm,达到衰减场中的 TM(横磁波)极化能量耦合并激发等离子态,耦合的数 量、 等离子体的强度受到了金属两侧材料的影响,如果在金属薄膜一侧加一层待测物质,试样与金属薄膜的耦 联影响了结构的折射率,从而影响了反射光、衰减以及等离子体共振。所以,可以把 SPR 型传感器看作等离 子体耦联效率的度量计。基原理如图 2 所示， 其中：
上述两个公式分别为沿表面传播的波矢量,其中:λ为入射光波长,εm 为金属介电常数 的实部,εd 为金属外介质的介电常数,np 为透镜的折射率,θ为入射光与表面法线的夹角。发生共振时,入射 光与法线的临界角为:
θ=arcsin[εmεd(εm+εd)εg]1/2
(4)
显然,共振角受到折射率(或介电常数)的影响,此时,金属膜外侧的衰减场为:
局域表面等离子体研究进展
［收稿日期］2010－10－20 ［基金项目］重庆市教委科学技术资助项目（KJ101203）；重庆市科委自然科学基金计划资助项目（CSTC ，2010BB2352）．［作者简介］赵华君（1974－），男，重庆永川人，副教授，硕士生导师，主要从事信息光电子器件与微纳光子技术的研究． 2011年4月重庆文理学院学报（自然科学版） Apr.，2011第30卷第2期Journal of Chongqing University of Arts and Sciences （Natural Science Edition ）Vol.30No.2 局域表面等离子体研究进展 赵华君，程正富，石东平，张 东 （重庆文理学院电子电气工程学院，重庆 永川402160） ［摘 要］阐述了局域表面等离子体特性，金属纳米粒子的常用制备方法，以及不同形状、尺寸 等因素对局域表面等离子体光谱和灵敏度的影响，分析了表面增强拉曼散射的增强因子与金 属纳米粒子的等离子共振波长和拉曼激发波长之间的关系，介绍了局域表面等离子体在生物传感方面的应用． ［关键词］局域表面等离子体；金属纳米粒子；拉曼散射；传感［中图分类号］O614［文献标志码］A ［文章编号］1673－8012（2011）02－0031－06自1998年Ebbesen 等人先后发现透过金属 膜的纳米孔［1］、纳米狭缝及其阵列［2－3］ 具有增强透射现象以来， 表面等离子体（Surface polaritons ，SPs ）及其应用成为近年来光学领域的研究热点之一［4］ ．研究表明， SPs 是由入射光激发金属表面自由电子集体振荡而产生的一种表面波［5］ ，而入射光光子与纳米金属结构中的自由电子耦合匹配，形成表面等离子体共振（Surface plasmon resonance ，SPR ）和局域表面等离子体共振（Lo-calized surface plasmon resonance ，LSPR ）．目前，围绕SPs 的相关物理机理及应用展开了大量的研究，形成了SPs 亚波长光学．该领域主要研究亚波长尺度光与物质相互作用机理及相关特性， 取得了大量的研究成果，SPs 将在传感、全光开关、 光子集成电路、微细加工、超分辨成像、隐身斗篷等方面应用前景广阔［6］ ． 1局域表面等离子体特性 SPs 存在两种形式：一种是在连续金属膜表面传播传导型的SPs ，另一种局限于纳米粒子表面，称为局域表面等离子体（Localized surface po-laritons ，LSPs ）．SPs 和LSPs 都具有表面局域特性．因为各自色散关系的不同， 决定了它们是两种完全不同的激发态．SPs 的色散是一种传播模式，具有一维空间局域性．LSPs 局域在各种不同 形貌的曲面上，其色散关系一般和介质形貌密切 相关，是一种非传播模式，具有两维的空间局域性． 贵金属如金和银等，其介电常数在可见光的波段具有负的实部，虚部较小且是正数．这种条 件能够支持SPR ［7］ ．图1是激发产生表面等离子 体示意图， 由图1（a ）．可以看出，SPs 的色散曲线位于光波色散曲线的右侧，即SPs 的波矢大于同 频率自由空间中的光波矢，因此，当光波直接由空气入射到平滑金属表面时，并不能激发SPs．为了使SPs 波与外部的光波耦合，必须采用适当的方法，改变SPs 的色散曲线与光波色散曲线的相对位置，使SPs 的色散曲线向左移动，或使光波色散曲线向右移动，即两者有共同的频率和波数，进而产生共振，并激发产生SPs．SPs 共振激发时的波矢关系表示为 k sp = ω c ε1ε2（ε1+ε2槡 ）． （1） 其中，ε1是金属的介电常数，ε2是和它相邻电介 质的介电常数．ω是入射光频率， c 是真空中的光速．图1（b ）为SPs 共振激发时金属－介质界面 处的场分布［1］ ．传导型SPs 沿金属电解质界面的x 和y 方向可传播数十或数百微米，而在z 方向逐渐衰减，1/e 衰减长度约为200nm ，如图1（c ）所示．对于LSPs ，光与尺寸远远小于入射光波长的 1 3
表面等离子共振技术的研究
表面等离子共振技术的研究 摘要：通过对表面等离子共振技术的原理研究，从而深入介绍表面等离子共振传感技术在现代生物科技和医学上的广泛应用，以及探讨未来表面等离子共振技术的应用领域和趋势。 关键词：表面等离子共振技术生物应用医学应用 表面等离子共振技术，英文简写SPR。随着SPR技术成为分析生物化学、药物研究和食物监控领域[1-3]中的一个不可缺少的部分，SPR生物传感器的应用将更加趋向多样化，特别是它在小分子检测盒脂膜领域的新兴应用将使其在未来药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要的角色。近几年，其发展尤为迅猛，随着SPR仪器的不断完善和生物分子膜构建能力的不断增强，SPR生物传感器应用前景极为广阔。 一、表面等离子共振技术简介 表面等离子共振技术，英文简写SPR。1983 年，瑞典科学家Liedberg 首次将SPR 技术应用于抗体抗原相互作用的测定，由此产生了世界上第一只SPR 生物传感器[4]由于SPR生物传感器作为一种强有力的动态检测手段，具有实时检测、无需标记、耗样量少等突出优点，在生物工程、医学、食品工业等多个领域都有广阔的应用前景，引起了世界范围的研究热潮[5]。 1.表面等离子共振技术的原理 表面等离子体共振又称SPR（Surface Plasmon Resonance），是一种物理光学现象[6]，它是由于入射光激发表面等离子体产生表面等离子波而形成的。当一束p偏振光在一定角度范围内入射到两种不同介质界面，如端面蒸镀有一层约50nm厚金膜的棱镜端面时，在棱镜与金膜界面将产生表面等离子波，当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金膜内自由电子产生共振，即表面等离子共振，入射光的一部分能量在金属表面发生迁移，从而使反射光在一定角度范围内大大减弱，使反射光在一定角度内完全消失的入射角为共振角。如果用于检测分析分子之间的反应动态时，先在芯片表面固定一层生物分子识别膜，然后将待测样品流过芯片表面，如果样品中有能够与芯片表面的生物分子识别膜相互作用的分子，引起金膜表面样品质量和折射率变化，从而导致共振角变化。通过实时监测SPR共振角所反映的生物分子动态结合和解离过程，可以获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等信息。 二、表面等离子共振技术的应用 SPR生物传感器由于具有无需标记、在线检测、可再生、无样品前处理等优点[7]，在生命科学、药物残留、食品检测、疾病机理等方面有着广泛的应用前景。
表面等离子体共振传感器剖析
表面等离子体共振传感器 程玉培 1433591 摘要:表面等离子体子共振(SPR) 技术是一种简单、直接的传感技术。它通过测量金属表面附近折射率的变化, 来研究物质的性质。表面等离子体子共振传感器已经成为生物传感器研究领域的热点。 关键词表面等离子体子共振传感器生物分子间相互作用 前言 生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。化学的核心是化学键，即分子间的相互作用，而要研究生命过程中的各种化学变化，归根到底就是要研究生物分子之间的相互作用。生物分子之间的相互作用是生命现象发生的基础，研究生物分子之间的相互作用可以阐明生物反应的机理，揭示生命现象的本质。近年来，研究生物分子之间相互作用的技术不断出现，其中表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）在生物学以及相关领域的研究应用取得了很大进展，SPR技术可以现场，实时地测定生物分子间的相互作用而无需标记，可以连续监测吸附和解离过程，并可以进行多种成分相互作用的研究。 1 表面等离子体共振传感器概述 1.1 表面等离子体共振传感器简介 表面等离子体子共振( surface plasmon resonance , SPR) 是一种物理光学现象。利用光在玻璃界面处发生全内反射时的消失波, 可以引发金属表面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和波数相等,二者将发生共振, 入射光被吸收, 使反射光能量急剧下降, 在反射光谱上出现共振峰(即反射强度最低值) 。当紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时, 共振峰位置将不同。 1.2 表面等离子体共振传感器研究背景及现状 表面等离了体共振效应的发现可以追溯到上世纪初。关于SPR效应的最早记载是源于1902年Wood发现光波通过光栅后，光频谱出现小区域内的能量损失现象。1941年，Fano针对这一现象根据金属和空气界面上表面的电磁波理论和边界条件进行了详尽的解释。1957年，当高能电了通过金属薄膜时，Ritchie发现能量损耗不仅发生在体积等离了体频率处，在更低频率处也发生了，于是认为这与金属薄膜界面特性有关。1958年，Turbader为了观察SPR现象，对金属薄膜采用光的全反射激励的方法。 1960年，Stern和Farrell首次提出了表面等离
第四章 表面等离子体共振技术总结
第四章表面等离子体共振技术 --学习总结通过表面等离子体共振技术的学习，我主要掌握了以下的一些基本知识： 一、金属表面的等离子体振动 表面等离子体振动，其角频率ωs与体积等离子体的不同，它们之间存在以下关系： 则这种特殊表面的等离子体振动的角频率ωms为：Array 二、产生表面等离子体共振的方法 面等离子体波（Surface plasma wave，SPW） 质中逐渐衰减。表面等离子体波是TM极化波，即横波，其磁场矢量与传播方向垂直，与界面平行，而电场矢量则垂直于界面。 在半无穷电介质和金属界面处，角频率为 式中c是真空中的光速，εm和εa分别是金属和电介质的介电常数。表面等离 εm=εmr+iεmi）。金属的εmr/εmi 电磁波在真空中的速度c与在不导电的均匀介质中的速度v之比称为电介质的折射率n： 则：Array 频率为ω 要使光波和 （ka）总是在ω（ 从不交叉，即ω（ 因此， 要设法移动ω（ 的。
场在金属与棱镜的界面处并不立即消失，而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失 kev为： 通过调节θ 共振，有： 由上式可见，若入射光的波长一定，即ωa一定时，ns 条件；若θ0一定时，ns改变，则必须改变ωa 波长λ来实现。此时θ0和λ分别称为共振角和共振波长。 右图为典型的SPR光谱 三、SPR传感器 1、基本原理 表面等离子体子共振的产生与入射光 的角度θ、波长λ、金属薄膜的介电 常数εs及电介质的折射率ns有关， 发生共振时θ和λ分别称为共振角度 和共振波长。对于同一种金属薄膜， 如果固定θ，则λ与ns有关；固定λ， 则θ与ns有关。 如果将电介质换成待测样品，测出共 振时的θ或λ，就可以得到样品的介 电常数εs或折射率ns；如果样品的化 学或生物性质发生变化，引起ns的改 变，则θ或λ也会发生变化，这样， 检测这一变化就可获得样品性质的变 化。 固定入射光的波长，改变入射角，可 得到角度随反射率变化的SPR光谱；同样地，固定入射光的角度，改变波长，可得到波长随反射率变化的SPR光谱。SPR光谱的改变反映了体系性质的变化。 2、基本结构 一般来说，一个SPR传感器的包括：光学系统、敏感元件、数据采集和处理系统。 敏感元件主要指金属薄膜及其表面修饰的敏感物质，用于将待测对象的化学或生物信息转换成折射率的变化，是SPR传感器的关键。从SPR的原理可知，实际上是样品的折射率的变化引起SPR光谱的变化。 4种检测方式： 1.角度调制：固定λin，改变θin 2.波长调制：固定θin ，改变λin 3.强度调制：固定θin 、λin，改变光强 4.相位调制：固定θin 、λin，测相差 3、应用 用SPR可获得的信息： 1.两个分子之间结合的特异性 2.目标分子的浓度 3.结合以及解离过程的动力学参数
表面等离子体激元简介
表面等离子体激元简介一．表面等离子体激元表面等离子体（Surface Plasmons）的出现提供了一种在纳米尺度下处理光的方式。表面等离子体通常可以分成两大类——局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance）和表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons）。局域表面等离子体共振专指电磁波与尺寸远小于波长的金属纳米粒子中的自由电子的相互耦合，这种等离子体只有集体共振行为，不能传播，但可以向四周环境辐射电磁波。局域表面等离子体共振可以通过光直接照射产生。表面等离子体激元指的是在金属和电介质分界面上传播的一种元激发Excitations），这种元激发源自电磁波和金属表面自由电子集体共振的相互耦合。表面等离子体激元以指数衰减的形式束缚在垂直于传播的方向，由于它的传播波矢要大于光在自由空间中的波矢，电磁波被束缚在金属和电介质的分界面而不会向外辐射，也正是因为这种独特的波矢特性，表面等离子体激元的激发需要满足一定的波矢匹配条件。二．SPPs的激发和仿真方法由于SPSs的波矢量大于光波的波矢量，或者说SPPs的动量与入射光子的动量不匹配，所以不可能直接用光波激发出表面等离子体波。为了激励表面等离子体波，需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配，常用的结构有以下几
种：（1）棱镜耦合：棱镜耦合的方式包括两种，一种是Kretschmannt方式；另一种是Otto方式。（2）采用波导结构（3）采用衍射光栅耦合（4）采用强聚焦光束（5）采用近场激发。目前主要的仿真方法有以下三种（1）时域有限差分法(finite difference time domain，FDTD)：FDTD方法是把Maxwell方程式在时间和空间领域上进行差分模拟，利用蛙跳式(leaf flog algorithm)空间领域内的电场和磁场进行交替计算，电磁场的变化通过时间领域上更新来模仿。优点是能够直接模拟场的分布，精度比较高，是目前使用较多的数值模拟方法之一。（2）严格耦合波法(rigorous coupled—wave analysis，RCWA)：该方法是分析光栅的有利工具，它是基于严格的矢量maxwell 方程来分析。由于在很多的表面等离子的结构中都会引入衍射光栅结构，所以RCWA方法也被越来越多的学者用来分析相关的问题，并且取得了不错的效果。（3）限元法(finite element method,FEM)：该方法是从变分原理出发，将定义域进行有限分割，离散成有限个单元集合。通过区域剖分和分偏差值，把二次泛函的极值问题化为普通多元二次函数的极值问题，后者等价于一组多元线性代数方程的求解。该方法分析的是一种近似结果，不过很多的问题能近似模拟，目前应用也比较广泛。三．SPPs的若干应
表面等离子共振技术
表面等离子共振技术 北京大学力学系生物医学工程专业2003级，郭瑾 摘要：表面等离子共振技术自80年代发展起来后，目前在生物医学领域已有了广泛应用，发挥着重要作用。本文就表面等离子共振技术的原理和其在蛋白质组学、抗原－抗体研究和药物筛选中的应用做了简要阐述。 关键词：表面等离子共振，隐失波，蛋白质组学，抗原－抗体相互作用，药物筛选 表面等离子共振技术（surface plamon resonace technology,SPR 技术）是上个世纪80年代发展起来的以生物传感芯片（biosensor chip）为中心的一种新技术，由Biacore AB公司开发。此后人们开始研究用各种方法改进SPR的性能、简化仪器系统，并试图用SPR技术测量不同的生化物质，如DNA-DNA间的生物特异性相互作用【1】，蛋白质折叠机制的研究【2】，微生物细胞的检测【3】，抗体－抗原分子相互作用的研究【4】等。本文对于表面等离子共振技术的原理和其在生物医学领域的应用作了简要的综述。 一、表面等离子共振技术的原理 全内反射是一种普遍存在的光学现象。考虑一束平面光波从介质1表面进入到介质2中。入射光在介质1表面上一部分发生反射，另一部分则透射进介质2。入射角和透射角之间满足关系式： n1sinθ1=n2sinθ2 这里n1是介质1的折射率，n2是介质2的折射率。当入射角增大，增大到临界角θc 时,这时的透射角为90°；当入射角继续增大到大于临界角时，光不再透射进介质2，也就是发生了全反射。由snell定律可知： θ2=90° θc=sin-1(n2/n1) 由上式可知，当n2 表面等离子共振的原理及在生物医学中的应用 精神卫生研究所张瀚迪学号：10281335 摘要：表面等离子共振技术是近年来迅速发展起来的用于分析生物分子相互作用的一项技术，它利用全反射时入射光可以和金属表面的等离子发生共振的原理，探测生物分子之间是否发生作用以及反应的动力学参数。该技术目前已广泛应用于免疫学、蛋白质组学、药物筛选、蛋白质与核酸相互作用等各个领域，并获得了许多用其它方法无法得到的动力学数据。 导言：表面等离子共振技术是一项用于分析生物大分子之间的相互作用的技术，它可以定性的判断两分子之间是否有相互作用，比较一种分子与其他几种分子之间相互作用的强弱，也可以实时定量的测定分子间相互作用的亲和力参数（平衡常数）和动力学参数（速率常数），甚至热力学参数（反应的焓）。该技术是利用了物理光学的原理（下文详述），在研究两分子相互作用时，将一种分子固定在传感片表面，而另一种分子的溶液流过其表面，两种分子的结合会使传感片表面的折射率改变，因此检测两分子间的相互作用。1983年，瑞典LINKOPING理工学院应用物理实验室Liedberg等人首先把它用于IgG与其抗原相互作用的检测[1]，并由BIAcore公司开发出SPR传感器。此后SPR传感器的研究与改进迅速发展，其在生物医学中的应用也日益广泛。 表面等离子共振技术的基本物理光学原理：如果光波从光密介质（折射率大）射向光疏介质（折射率小），比如由玻璃射向空气，且入射角大于临界角时，没有折射光产生，入射光全部反射回去，这一现象称为全反射。全反射时光波在两介质分界面的行为是什么样的呢？深入研究指出，全反射时光波将透入第二介质（光疏介质）很薄的一层表面（深度约为光波的波长），并沿界面流动约半个波长再返回第一介质（光密介质）。透入第二介质的光波称为倏逝波。如Fig 1 所示。 倏逝波是一个沿x方向传播的振幅在z方向（垂直于两介质界面的方向）按指数衰减的波。倏逝波最后仍返回第一介质，总的来说光的能量没有进入第二介质。 在两介质的界面镀上一层很薄的金属薄膜，薄膜厚度在倏逝 表面等离子共振技术 Surface Plasmon Resonance technology，SPR 北京大学基础医学院05级医学实验 马吟醒 朱倩 薛夏沫 黄辰 [摘要] 表面等离子共振技术，英文简写SPR，是从20世纪90年代发展起来的一种新技术，其应用SPR原理检测生物传感芯片（biosensor chip）上配位体与分析物之间的相互作用情况，广泛应用于各个领域。本综述主要介绍SPR的历史、工作原理、应用以及研究发展的前景。 [完成时间] 2008年6月 [引言] 1902年，Wood在一次光学实验中，首次发现了SPR现象并对其做了简单的记录，但直到39年后的1941年，一位名叫Fano的科学家才真正解释了SPR现象。之后的30年间，SPR 技术并没有实质的发展，也没能投入到实际应用中去。1971年Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础，也拉开了应用SPR技术进行实验的序幕。1983年，Liedberg首次将SPR 用于IgG与其抗原的反应测定并取得了成功。1987年，Knoll等人开始研究SPR的成像。到了1990年，Biacore AB公司开发出了首台商品化SPR仪器，为SPR技术更加广泛的应用开启了新的乐章。简言之，SPR是用来进行实时分析，简单快捷的监测DNA与蛋白质之间、蛋白质与蛋白质之间、药物与蛋白质之间、核酸与核酸之间、抗原与抗体之间、受体与配体之间等等生物分子之间的相互作用。SPR在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测以及法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。 [正文] 一、表面等离子共振原理： 1.消逝波： 根据法国物理学家菲涅尔所提出的光学定理： n1 sinθ1 = n2 sinθ2 可知，当光从光密介质射 入光疏介质，入射角增大到某一角度，使折射角达 到90°时，折射光将完全消失，而只剩下反射光， 这种现象叫做全反射。（图1）当以波动光学的角度来研究全反射时，人们发现当入射光到达界面时并不是直接产生反射光，而是先透过光疏介质约一个波长的深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介质。则透过光疏介质的波被称为消逝波。（图2） 图1 图2 2.等离子波 等离子体通常指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等。把金属表面的价电子看成是均匀正电荷背景下运动的电子气体，这实际上也是一种等离子体。当金属受电磁干扰时，金属内部的电子密度分布会变得不均匀。因为库仑力的存在，会将部分电子吸引到正电荷过剩的区域，被吸引的电子由于获得动量，故不会在引力与斥力的平衡位置停下而向前运动一段距离，之后电子间存在的斥力会迫使已经聚集起来的电子再次离开该区域。由此会形成一种整个电子系统的集体震荡，而库仑力的存在使得这种集体震荡反复进行，进而形成的震荡称等离子震荡，并以波的形式表现，称为等离子波。 3.SPR光学原理 表面等离子共振技术（surface plasmon resonance technology, SPR）综述 作者：刘闯等来源：北京大学单分子与纳米生物学实验室 摘要：SPR技术作为检测，分析生物分子相互作用的有效工具，有些国家已经生产出成熟的商业化的SPR传感系统。对SPR生物传感器的工作原理，应用领域，最新进展作出阐述，并对其在生物分子检测领域的应用和研究发展前景进行了讨论。 引言：表面等离子共振技术（surface plasmon resonance technology, SPR）是20世纪90年代发展起来的一种生物分子检测技术，是基于SPR检测生物传感芯片（biosensor chip）上配位体与分析物作用的一种前沿技术，在20世纪初，Wood观测到连续光谱的偏振光照射金属光栅时出现了反常的衍射现象，并且对这种现象进行了公开描述。1941年，Fano用金属与空气界面的表面电磁波激发模型对这一现象给出了解释。1957年，Ritchie发现，当电子穿过金属薄片时存在数量消失峰。他将这种消失峰称之为“能量降低的”等离子模式，并指出了这种模式和薄膜边界的关系，第一次提出了用于描述金属内部电 子密度纵向波动的“金属等离子体”的概 念。2年后，Powell和Swan用实验证实了Ritche的理论。随后，Stem和Farrell 给出了这种等离子体模式的共振条件，并将其称为“表面等离子共振技术（surface plasmon resonance , SPR）”。1968年，Otto和Kretschmann等人研究了金属和介质界面用光学方式激发SPR的问题。并分别设计了两种棱镜耦合方式。此后， SPR技术获得了长足的发展。1990年，国际上第一台商业生产的生物传感器在瑞典的Biocore公司诞生。实践证明，SPR传感器与传统检测手段比较，具有无需对样品进行标记，实时监测，灵敏度高等突出优点。所以，在医学诊断，生物监测，生物技术，药品研制和食品安全检测等领域有广阔的应用前景。 基本原理 1 消失波，在波动光学没有发展起来以前，菲涅尔定理很好地描述了光在介质表面的行走路径。（n1 sinθ1 = n 2 sinθ2 ）, 可以看出，当光从光密介质入射到光疏介质时（n1>n2）就会有全反射现象的产生。但以波动光学的角度来重新研究全反射的时候就会发现，全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长的 项目名称金纳米粒子的局域表面等离子体共振性质与应用研究 推荐单位湖南科技大学 项目综述查看 主要完成人 1.黄昊文 制备了金纳米棒和核壳纳米棒，系统地研究了金属纳米粒子及复合物的局域表面等离子体共振性质；基于局域表面等离子体性质构建高灵敏度的生物传感器，并对血吸虫病、结核病等病患血清等实际生物样品进行了分析检测，取得了较满意的结果；基于局域表面等离子体共振信号的耦合放大效应和纳米复合物的表面等离子体性质的可调性，构建了对汞、银等重金属离子具有高选择性和高灵敏度的纳米化学传感器。本人在10篇代表作论文中排名第一且均为通讯联系人，在该项研究中的工作量占本人工作量的85%。 2.曾云龙 积极参与金纳米棒的局域表面等离子体性质构建高灵敏度的生物传感器，并对实际生物样品处理、分析检测进行设计，对局域表面等离子体性质调控和血吸虫病的分析检测方面做了大量工作；在代表性论文①中排名第三，③中排名第三，④中排名第四，⑥中排名第三，⑦中排名第七，⑧中排名第八，⑨中排名第三，在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。 3.廖博 积极参与金纳米棒的局域表面等离子体性质构建高灵敏度的生物传感器，并对实际生物样品处理、局域表面等离子体性质调控和血吸虫病的分析检测方面做了大量工作；在代表性论文①中排名第五，④中排名第六，⑥中排名第五，⑦中排名第六，⑧中排名第七，在该项研究中的工作量占本人工作量的65%。 4.夏晓东 积极参与金纳米棒及核壳纳米棒的制备及局域表面等离子体性质研究，在基于金纳米棒的局域表面等离子体的调控及构建多通道分析方法的建立方面做了大量工作；在代表性论文③中排名第四，⑥中排名第六，⑨中排名第四，在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。 主要完成单位湖南科技大学 论文、论著目录查看 2009 年 4 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Apr. 2009文章编号：1003-9015(2009)02-0284-06 Ag纳米粒子生长动力学的局域表面等离子体共振研究 陈丽华1,2, 徐刚1, 徐雪青1, 王春平3 (1. 中国科学院广州能源研究所可再生能源与天然气水合物重点实验室, 广东广州 510640; 2. 中国科学院研究生院, 北京 100080; 3. 四川大学物理科学与技术学院, 四川成都 610000) 摘要：采用Meisel方法利用氧化还原反应制备Ag纳米粒子溶胶，通过对Ag纳米粒子局域表面等离子体共振(SPR) 吸收光谱的实时观测，研究了Ag纳米粒子形成的动力学过程，并着重探讨了温度对Ag纳米粒子生长过程的影响。实 验发现，SPR吸收峰的移动与实验条件有密切关系。采用恒温磁力搅拌直接加热的方式，Ag纳米粒子的SPR吸收峰 在整个反应过程中主要体现为红移，其反应动力学主要表现为零级反应，反应速率与温度符合Arrhenius关系，并粗略 估算了一定反应条件下的反应活化能；而采用恒温磁力搅拌水浴加热方式， SPR吸收峰则呈现红移→蓝移→红移交替 移动现象。初步探讨了SPR吸收峰的红、蓝移影响因素及其移动机理，得出SPR峰的移动方向是粒径大小与电荷转 移相互竞争的结果。 关键词：Ag纳米粒子；表面等离子体共振；吸收光谱；生长动力学 中图分类号：O433.51；O614.122 文献标识码：A Growth Kinetics of Ag Nanoparticles Studied by Localized Surface Plasmon Resonance CHEN Li-hua1,2, XU Gang1, XU Xue-qing1, WANG Chun-ping3 (1. The Renewable Energy and Gas Hydrate Key Lab, CAS, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Guangzhou 510640, China; 2. Graduate University of CAS, Beijing 100080, China; 3.School of Physical Science and Technology, Sichuan University, Chengdu 610000, China) Abstract:Colloidal sols of Ag nanoparticles were fabricated with Meisel’s method via redox reactions. The growth kinetics of the Ag nanoparticles in some conditions was investigated in real time by the absorbance spectrum of localized surface plasmon resonance (SPR) of nano-Ag in which the influence of solution temperature was stressed. It reveals that the shift of the SPR peak with reaction time is strongly dependent on the experimental conditions. In case of direct heating method, the SPR peak shows merely red-shift. The reaction order was determined to be zero, the dependence of reaction rate on temperature follows the Arrhenius’ Law; and activation energy of reaction was calculated. In contrast, in case of water-bath heating method, red-shift alternats with blue-shift of the SPR peak in the initial stage of redox reaction, whereas only red-shift appears in the final stage. Such observations were tentatively attributed to the competition between the growth of Ag nanoparticle size which leads to red-shift and electron transfer which results in a change in free electron concentration of Ag and may cause red-shift or blue-shift of the SPR peak. Key words: Ag nanoparticles; surface plasmon resonance; absorbance spectrum; growth kinetic 1前言 银纳米粒子具有非常独特的光学特性。它在可见光区域展现出一个强烈的吸收带，此吸收带源于Ag 纳米粒子的自由电子与光波的相互作用—局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance, 以 收稿日期：2007-11-08；修订日期：2008-04-30。 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50876108)；国家863计划(2007AA05Z431)；粤港关键领域重点突破项目(200649851105) 资助。 作者简介：陈丽华(1981-), 女, 山东潍坊人，中科院广州能源研究所研究助理，中科院硕士生。通讯联系人：徐刚，E-mail：xugang@https://www.360docs.net/doc/3515433616.html,表面等离子共振的原理及在生物医学中的应用
表面等离子共振技术
表面等离子共振技术SPR综述
金纳米粒子的局域表面等离子体共振性质与应用研究(湖科大)
Ag纳米粒子生长动力学的局域表面等离子体共振研究