基于表面等離激元響應(yīng)的還原性細(xì)胞色素分子檢測研究.pdf

1、表面等離激元(SPPs)是由電磁場輻射激發(fā)引起金屬表面自由電子在金屬/介質(zhì)表面的固有振動，它是光和納米金屬完美結(jié)合的產(chǎn)物。由于對周圍環(huán)境折射率變化非常敏感，在光學(xué)傳感器的潛在應(yīng)用受到廣大國內(nèi)外學(xué)者追捧。SPPs共振技術(shù)由于其獨特的優(yōu)點，在研究生物分子相互作用、生物分子檢測及成像等方面展現(xiàn)了它獨有的魅力。本論文基于SPPs與還原性細(xì)胞色素(cytochrome c，Cytc)分子之間的等離子能量轉(zhuǎn)移(plasmon resonance e

2、nergy transfer，PRET)的物理機(jī)制，采用時域有限差分方法，研究了還原性Cyt c分子對周期金屬光柵及金屬狹縫的光透射性質(zhì)的影響。我們的研究工作可以為設(shè)計生物探測器件提供理論指導(dǎo)，在超靈敏生物傳感器和進(jìn)行活體生物分子成像方面具有很大的潛在應(yīng)用。具體的研究內(nèi)容如下:
　　1、利用時域有限差分法，研究了含Cyt c分子的一維金屬光柵結(jié)構(gòu)的電磁波透射譜特性。研究發(fā)現(xiàn)這種周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的表面等離子激元和局域表面等離子激元混合模

3、式，會對吸附在其上面的Cyt c分子有著明顯的相互耦合。表面等離激元的能量會直接轉(zhuǎn)移給Cyt c分子，導(dǎo)致了其透射峰上出現(xiàn)霹靂現(xiàn)象，我們的研究加強(qiáng)了對PRET現(xiàn)象的理解，研究結(jié)果在分子識別和檢測方面有潛在的應(yīng)用。同時，我們分析了該結(jié)構(gòu)參量對其透射譜的影響。發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)周期、狹縫寬度、狹縫長度以及分子層數(shù)可控制透射譜線的形狀，但是透射峰凹陷的位置不會改變。這說明透射譜中的劈裂谷波長由Cyt c分子本身性質(zhì)所決定。由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同，導(dǎo)致透射譜

4、存在著很大的差異。在實際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化對設(shè)計器件成功具有指導(dǎo)意義。
　　2、我們討論了基于局域表面等離激元單縫金結(jié)構(gòu)的透射譜特性。通過和周期結(jié)構(gòu)比較，發(fā)現(xiàn)在其透射譜上也會出現(xiàn)同樣的物理現(xiàn)象，在對應(yīng)Cyt c分子吸收峰的位置透射譜上出現(xiàn)透射谷，這也暗示狹縫的局域表面等離激元和Cyt c分子間存在能量轉(zhuǎn)移機(jī)理。同樣，我們研究了狹縫結(jié)構(gòu)參量對其透射譜的影響，發(fā)現(xiàn)盡管其透射率較低，但相對透射效果明顯。研究證實了基于PRET的局域表