多光束干涉高灵敏表面等离子共振检测机理与应用研究

表面等离子体共振是金属纳米结构非常独特的光学特性，由此发展起来的表面等离子共振检测技术具有无荧光标记、响应快、能实时检测等优点，已在生物、化学、医药等领域得到广泛应用。但在某些领域的超微量物质检测中，其灵敏度远远满足不了检测要求，因此亟待发展新型高灵敏度表面等离子共振检测技术以适应微量检测的需要。本项目在多光束干涉腔内插入表面等离子共振结构，在产生多光束干涉的同时，入射光激发了金属表面产生等离子体，光频率与等离子频率相同时产生表面等离子体共振，获得包含有表面等离子共振信息的多光束干涉光谱。金属纳米构造产生的表面等离子共振信号对多光束干涉光谱具有一定的调制作用，可较大幅度提高检测灵敏度。在此基础上，采用化学方法在纳米构造上修饰对肿瘤标记物具有响应的生物敏感膜，实现对血液中肿瘤标记物的特异性检测。该项目的研究对发展新型高灵敏检测技术具有重要理论和实际意义。

表面等离子共振检测技术具有无荧光标记、响应快、能实时检测等优点，已在生物、化学、医药等领域得到广泛应用。但在某些领域的超微量物质检测中，其灵敏度远远满足不了检测要求。我们采用多层膜、表面等离子共振调制多光束干涉、金属纳米构造等的表面等离子共振光谱，用化学方法在纳米构造上修饰上对汞离子、肿瘤标记物、抗生素、脂多糖等重要生物物种具有响应的生物敏感膜，研制出可用于PBS溶液中人IgG、水和血清中汞离子、PBS和血清中前列腺特异性抗原、牛奶中链霉素、纯水中脂多糖检测的具有自主知识产权高灵敏表面等离子共振传感元件。项目执行过程中主要取得了以下几方面的成果：a.制备了多层膜结构表面等离子共振元件比单层金膜元件灵敏度提高约5%；b.采用自主知识产权的表面等离子共振检测系统，利用汞离子与特殊结构单链DNA形成的T–Hg2+–T结构，实现了纯水和自来水肿0.01 ng/ml汞离子的超高灵敏检测，远远低于美国EPA规定的要求；c.建立了一套能够从波长调制型转换成角度调制型的棱镜耦合SPR检测系统，检测了抗原抗体相互作用动力学过程；d.将表面等离子共振技术与激光扫描共聚焦技术结合，研制成功激光扫描共聚焦表面等离子共振仪，实现了在获取分子间相互作用的动力学信息的同时，对分子间相互作用过程的原位实时成像观察，并能用于细胞特异性作用蛋白的筛选中；e.通过建立模型优化结构，制备了多层光束干涉表面等离子共振元件，实现了血清中前列腺特异性抗原的检测，检测限可以达到0.01 ng/ml，远低于血液检测中1ng/ml的检测限；f. 制备了表面功能化的金纳米颗粒，利用金纳米颗粒聚集态表面等离子共振光谱实现了50ppb牛奶中链霉素和3.3 × 10–10 mol/L注射用水中脂多糖的检测；g.设计合成了与脂多糖具有特异性作用的聚噻吩分子，实现了270 pM脂多糖的检测，改善分子有望实现表面等离子共振元件对脂多糖的超高灵敏检侧。以上结果在Chemical Communications，Nano Research，Chinese Physics B，SPIE等国际刊物上发表文章17篇， 其中期刊文章15篇，会议论文3篇，正在修改的Biosensors and Bioelectronics文章1篇，申请专利3项，还有4篇文章正在整理，培养在读博士和硕士各1名，毕业博士2名，完成了项目的预期目标。