一种高精度SPR实验系统的研制

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表面等离体激元共振(surface plasmon resonance,SPR)传感器是一种基于物理光学现象的传感检测装置。它具有灵敏度高、检测速度快、样品消耗量少、生物样品无需标记、无损伤等特点,广泛应用于表面检测、生化免疫分析、药物筛选和环境监测等领域。自1982年首台SPR生物传感器问世以来,它得到了越来越多的关注,获得了快速发展。   针对自动、快速、高精度生物样本检测的要求,结合前人的研究经验,本文开展了一种高精度SPR实验平台的研制。文中,首先介绍了SPR检测仪器应用领域、现状和发展趋势,然后详细论述了该传感器的装置部分和实验部分设计原理。接着根据已有公式,用Matlab仿真得到各参数对整体SPR设计的影响,为SPR装置的设计中选择器件参数提供一定的理论根据。在此基础上,我们在一种较为便宜的双步进电机驱动的测角仪平台基础上自行开发了一种转角式SPR传感器。该装置采用经典的Kretschmann光学结构,利用连续的机械转动进行角度扫描。通过金膜表面被分析物的折射率变化,使激发表面等离体激元共振产生的入射光角度(共振角)发生变化。反过来,通过检测共振角变化,计算被分析物的折射率变化情况,可以来探讨分子在表面的吸附情况或者反应情况。与传统角度型SPR传感装置不同的是,本文采用两个独立的高精度步进电机来分别驱动大小两个转盘。因此,光探测器对反射光的追踪精度更高,该装置也更容易改造成高精度的SPR阵列检测装置。文中对了机械系统、光学检测系统,芯片设计等该台SPR装置各部分的具体设计思路都做了详细的介绍。最后介绍了仪器平台搭建完成后进行初步实验的研究结果。包括转角精度和调零误差等的测试,测得的空气和水的SPR曲线。结果表明该装置简单、稳定性好、噪声小、精度高。
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