基于全光调控SPP的新型高灵敏度、高通量传感成像技术基础研究

研究全光调控SPP的新机理和新方法，实现SPP激发、传播、会聚、干涉等基本功能，构建基于全光调控SPP新型高灵敏度、高通量SPR干涉显微宽场成像系统。研究内容包括：1 全光学调控SPP物理机制，包括：入射光偏振特性、局域分布和高数值孔径会聚条件等；2 基于径向偏振光束SPR传感成像机理，包括聚焦条件下SPP超分辨虚拟探针和离焦条件下SPP相位干涉计量；3 基于轴向偏振光SPP超高灵敏度相位差分干涉计量，包括光束偏振与调控SPP关系及在相位差分干涉中新型光束应用；4 开展无标签抗原抗体反应表征标定实验，传感灵敏度、样品高通量并行处理、成像系统高分辨率及高对比度实例验证，根据光学系统特点设计、加工、表征全光调控SPR微流体芯片。本课题拟开展全光调控方法，利用径向偏振和新型轴对称光束优势，在构建新型SPP集成生化传感芯片方面取得突破，实现基于SPP集成芯片宽场、高分辨、高灵敏度位相干涉显微系统。

本项目研究全光调控 SPP的新机理和新方法，实现 SPP激发、传播、会聚、干涉等基本功能，构建基于全光调控 SPP的新型高灵敏度、高通量 SPR 干涉显微宽场成像系统，开展无标签抗原抗体反应表征标定实验，进行了传感灵敏度、样品高通量并行处理、成像系统高分辨率及高对比度等指标的实例验证。经过四年的研究工作，项目已顺利完成并达到预定目标，具体完成情况及取得成果包括：（1）利用动态调控矢量光束入射微纳金属结构，实现了SPP的聚焦、传播方向调控、无衍射传输等功能，形成了SPP的摩尔条纹、SPP的Bottle-beam、SPP的艾利光束等特殊表面波光束，可应用于SPP传感、成像与全光动态调控器件。（2）建立了基于差分干涉相位检测的表面等离子体共振传感系统，实现了~10^-8折射率量级的超高灵敏度以及超大动态范围的传感检测，并实现了高分辨率的折射率成像；建立了基于光栅结构激发以及全光紧聚焦激发的SPP宽场成像系统，实现了基于SPP驻波的超分辨荧光成像。（3）将所建立的SPP传感系统应用于生物医学研究，实现了抗原抗体的检测、药物动力学过程的研究，自主开发了SPR微流控生化传感芯片。（4）在国内外重要刊物上发表SCI收录的论文35篇，EI收录的论文4篇，申请专利3项，已授权2项。（5）在全光调控SPP的关键科学问题上有所突破，相关研究成果发表在一系列国际高影响力期刊上，包括《Science》，《Nature Communications》，《Nano Letters》，《Scientific Reports》等；培养19名研究生，包括博士生7名，硕士生12名；培养博士后7名。本项目的研究成果对于发展具有我国自主知识产权的高端光学仪器、推动生物医学、纳米技术等领域的研究发展具有重要意义。