光纤表面等离子体波共振传感系统及应用研究

论文摘要

光纤SPR传感器是一种将光纤纤芯作为激发SPR效应基体的新型传感器。这种传感器不仅具有SPR高灵敏度的特点,而且发挥了光纤本身的诸多优点,如体积小及可远程遥测等,可推广应用于诸如基因突变检测、生物分子反应动力学测定、结构与活性研究和核酸研究以及工业废水废气监控等众多领域。首先,本文对光纤SPR传感器的结构及工作原理进行了研究,讨论了光纤探头芯径、探头长度,金属膜厚度等系统参数对光强反射率的影响,为基于反射光强度调制的光纤SPR传感器系统的研制提供了理论依据。其次,针对表面等离子体共振效应及其强度调制原理,设计出一套基于共振光强度调制技术的光纤表面等离子体传感器系统,通过Labview直观的图形化界面对共振信号进行采集。利用此系统针对不同折射率的溶液进行测试,得到光强与折射率关系,为进一步扩展光纤SPR传感器的应用和仪器的小型化提供了参考。最后,根据共振波长随金属/溶液界面折射指数而变化,研制出一种基于表面等离子体共振技术的光纤生物传感器。并且利用分子自组装技术将5’端巯基修饰的寡核苷酸固定在探头金膜表面。构建了可识别特定序列的光纤SPR核酸生物传感器,并将其用于寡核苷酸探针的杂交实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 表面等离子体共振效应激发及调制方法研究
• 1.3.1 表面等离子体波激发
• 1.3.2 表面等离子体共振调制方法
• 1.4 本文研究内容及意义
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 本文研究意义
• 1.5 本章小结
• 第二章 表面等离子体波共振原理研究
• 2.1 表面等离子体波共振原理
• 2.1.1 衰减全反射和倏逝波理论
• 2.1.2 等离子体表面波
• 2.1.3 表面等离子体波共振
• 2.2 SPR 共振反射模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 光纤表面等离子体波传感器研究
• 3.1 光纤表面等离子体波传感器原理
• 3.1.1 阶跃折射率光纤中的光线
• 3.1.2 光纤SPR 传感装置
• 3.1.3 理论计算模型
• 3.2 光纤表面等离子体波共振强度调制原理
• 3.3 强度调制仿真
• 3.3.1 单波长光源模式
• 3.3.2 宽带光源模式
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于强度调制的光纤SPR 系统研究
• 4.1 系统整体方案
• 4.2 传感器部分的设计
• 4.2.1 光纤SPR 传感器制备
• 4.2.2 光源
• 4.2.3 Y 型多模光纤耦合器及光纤跳线
• 4.2.4 光纤光谱仪
• 4.3 数据采集部分设计
• 4.3.1 光电信号转换
• 4.3.2 数据采集
• 4.4 软件设计
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.5.1 不同液体配比实验
• 4.5.2 不同类型化学试剂的测定
• 4.5.3 光强与折射率的关系
• 4.6 本章小结
• 第五章 光纤SPR 核酸生物传感器研究
• 5.1 单核苷酸多态性及其测定技术
• 5.2 光纤SPR 核酸生物传感器结构与原理
• 5.3 寡核苷酸探针的表面自组装单分子层固定
• 5.4 杂交反应
• 5.5 传感器再生
• 5.6 实验部分
• 5.6.1 仪器与试剂
• 5.6.2 结果与讨论
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 存在的问题
• 6.3 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间研究成果及发表论文