基于表面等离子体结构的WGM/SERS生物传感特性研究

生物分子原位实时动态的超灵敏检测在生命科学、药物筛选、医疗检测、食品安全、环境监测和反恐等领域有着广泛的应用前景，是分析科学的追求目标。本项目设想以空心光纤为检测平台，通过表面修饰与组装构造具有表面等离子体结构的活性光纤。表面等离子体共振（SPR）效应可有效提高光纤环形谐振腔的品质因子，因此可进一步提高回音壁技术的检测灵敏度；同时，SPR使局域光电场显著增强，在消逝场采集的超灵敏表面增强拉曼信号可提供识别分子的结构信息；表面等离子体共振、回音壁模式和表面增强拉曼三种技术的有机结合，既可实现生物分子识别信息的传感检测，又可确定分子的结构信息，有望成为生物分子检测的原位实时动态的超灵敏传感技术，满足在生命科学、医疗诊断、新药创制和环境监测等方面的迫切需求。

本项目严格执行了申请书中基于表面等离子体结构的WGM/SERS研究，并按计划完成了计划书中的研究内容。.本项目以基于微管腔的光流体为研究对象，首先运用电磁场模拟计算了微管腔与波导耦合的模式场分布特性并形象直观的展示了光场分布与波导宽度和耦合间距的关系，提出了在LSPR和波导SPR增强的消逝场内有效激发微管腔回音壁模式的方法，通过在微管腔内壁组装金纳米粒子得到了既能产生强电场的“热点”又不会损失Q因子的photonic–plasmonic杂化模式，对SPR增强耦合的WGM消逝场内有效激发暗背景中SERS信号给出了充分的理论支持。采用具有表面等离子体结构的空心光纤构筑了原位实时的SERS检测平台，完成了生物体系传感的动态SERS检测，实现了光学检测平台和微流体的有效结合。进一步通过在微毛细管中填充有机或无机多孔整体材料，制备了具有表面等离子体结构的三维多孔SERS探针，实现了集样品富集与分析检测的微型光流体传感平台，结合便携拉曼光谱仪将在即时检测及现场快检领域具有广泛的应用前景。