新型激光增强表面等离激元探测技术灵敏度高成本低

时间:2021-07-31 00:26 作者:亿佰体育
本文摘要:据北京大学介绍,该校的马仁敏研究员与达伦教授合作,构建了新的激光强化表面等离子体观测技术。这种新观测技术的强度观测质量因子比以往的表面等离子体(SPR )检测器低400倍左右。同时成本低,尺寸为微米级,在一根头发丝的端面可以制造成千上万的检测器。该探测器具备的极高灵敏度、低成本和小体积特征可能在疾病早期临床、公共场所安全性监测和环境食品卫生等领域发挥最重要的作用。 马仁敏说。

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据北京大学介绍,该校的马仁敏研究员与达伦教授合作,构建了新的激光强化表面等离子体观测技术。这种新观测技术的强度观测质量因子比以往的表面等离子体(SPR )检测器低400倍左右。同时成本低,尺寸为微米级,在一根头发丝的端面可以制造成千上万的检测器。该探测器具备的极高灵敏度、低成本和小体积特征可能在疾病早期临床、公共场所安全性监测和环境食品卫生等领域发挥最重要的作用。

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马仁敏说。表面等离子体激元是局部存在于金属介质界面的局部电磁模式,通过结合光频带的电磁波和贵金属中的自由电子的波动,允许电磁场的能量在小尺度上,其波动频率对周围环境非常脆弱。通过观测周围折射率变化引起的等离子体共振模式的变化而构成的表面等离子体检测器是动态且不需要荧光标识的新检测器。近20年来,在疾病诊断、生化研究和应用及环境监测等领域取得了非常顺利的成就。

马仁敏说,作为引起等离子体共振的金属中的自由电子的波动而被利用的欧姆损失,在以往的等离子体检测器中是不可避免的,在基本的物理原理上是进一步提高检测器灵敏度的障碍。马仁敏研究小组将激光原理引入表面等离子体探测器,利用激光中的激发电磁辐射光定标补偿欧姆损失,基于前期气相超高灵敏度爆炸物检测(NatureNanotechnology,2014 ),液相激光新探针主要包括金属层和增益电介质层,增益电介质层构成在金属层上。

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在增益电介质层和金属层的界面构成表面等离子体激元模式,该模式根据增益电介质层的边界而允许构成表面等离子体激元空洞。被测定液体的目标面积是,位于增益介质层上的激发光经由被测定液体入射到增益介质层,增益介质在激发光的泵下激发而产生电磁辐射,经由激光空洞缩放系统而产生表面等离子体激光,该表面等离子体激光器在实验中,达伦教授制作的闪烁波长为700纳米左右的硒简化镉纳米晶体作为增益材料应用,其闪烁波长正好位于生物的组织和水衍射和吸收小的700纳米到900纳米的窗波长金具有很高的欧姆损失,但其化学性质比银温和得多,适合生物和其他简单的环境应用。达伦教授说。

在实验中,除了预期的激光效应补偿欧姆损失明显扩大等离子体共振的共振线宽的交通事故以外,他们还发现了激光强化表面等离子体激元检测器在传统的表面等离子体激元检测器中不具备的高斯光谱型和无背景电磁辐射的优点。这些特征使激光强化表面等离子体探测器具有84000的强度观测质量因子,比传统表面等离子体探测器的强度观测质量因子低400倍左右。

马仁敏同时说,由于微腔效应,整个激光强化表面的等离子体探测器尺寸为微米级,可以在一根头发丝的端面制造成千上万个探测器,具有低成本、小型化、规模化构建的优点。这项工作目前已由领域内著名期刊Nanophotonics公开发表,北京大学博士后王兴远、博士生王逸伦和王所是文章的共同第一作者、马仁敏研究员和戴伦教授是通信作者。同时他们为这个探测器的申请人发明了专利。


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