基于光纤微泡结构的LSPR线宽压缩方法研究

Focused on the key problem of broad linewidth and low quality factor of localized surface Plasmon resonance (LSPR) spectrum, which is excited near the metal nanoparticle, this program tries to propose a new, low cost solution for linewidth compression and spectrum peak modulation based on the modulation principle of the narrow bandwidth resonance of fiber bubble film microcavity to the broadband nanoparticle plasmon resonance. Besides, a new design for LSPR biosensing application is also proposed. The research contents include: 1) Theoretical and simulation research on the LSPR linewidth compression and spectrum modulation. 2) Fabrication, synthesis and linking of the fiber bubble and gold nanoparticle. 3) Experimental study on the LSPR scattering spectrum linewidth compression and peak modulation based on the dark field spectroscopy. 4) Experimental work on the effect of Aβ protein detection base on the proposed LSPR nanosensor structure. Completing this program could be beneficial to developing new LSPR nanobiosensor and integrated detection, early disease diagnosis and point of care application.

针对金属纳米粒子的局域表面等离激元共振(LSPR)存在的线宽较宽、品质因子较低的关键问题，本项目拟研究基于光纤微泡(fiber bubble)顶部薄膜层结构形成的FP窄线宽微腔模式调制LSPR，实现LSPR纳米传感器线宽压缩、谱峰调控的具体方法，并提出一种基于金纳米粒子表面生物修饰的LSPR生物传感应用方案。研究内容包括：（1）LSPR线宽压缩与谱峰调控特性的理论与仿真研究；（2）光纤微泡制备与薄膜层厚度实时监测，金纳米粒子合成、表征与修饰；（3）实验研究LSPR散射谱线宽压缩与谱峰调控效果；（4）探索新方法应用于阿尔茨海默病标记蛋白物检测的初期实验效果。研究结果有助于发展高灵敏度LSPR纳米生物传感器及集成检测技术，对疾病早期诊断、即点检测应用等有重要意义。

本项目围绕基于光纤微泡结构制备及LSPR线宽压缩这一主题，在纳米粒子制备、LSPR线宽压缩模型分析、单端空心微泡制备、在线参数检测及特性分析、微泡型光纤传感器制备及特性分析、光纤侧面抛磨系统、手机式光纤传感系统以及光纤传感器在骨骼应力、炸药内压力温度、低温冰压监测方面进行了卓有成效的工作。从理论上证实了LSPR线宽压缩的可行性，并首次结合膨胀辅助放电方法制备膜层厚度在1~2微米之间的超薄均匀单端空心微泡，品质因子达到 次方，具有国际先进水平。同时结合传感器性能测试需求，开发了量程达100mm的光纤侧面抛磨系统样机系统。同时验证了利用手机平台开发便携式光纤生化传感器的可行性。最后也探索了微泡型光纤传感器在高灵敏度压强/压力、温度检测方面的科研与应用价值。为后续空心微泡特性完善及在表面等离激元、回音壁模式、FP干涉和非线性激光产生方面的深入研究奠定了良好的基础。