徐挺教授课题组在表面等离子激元纳米结构传感器方向取得系列进展

发布者:钟芳发布时间:2018-01-08

表面等离子激元是一种表面波,其本质是金属与介质分界面上光与自由电子之间相互作用而引起的电磁振荡,具有短波长、近场增强、表面局域等特性。人们利用表面等离激元的局部增强电磁场对周围介质敏感的特性发展成为表面等离激元传感技术。目前基于该技术发展起来的光学检测技术在环境检测、健康监测、生化分析等领域具有广泛的应用前景。由于传统的棱镜耦合结构的表面等离子共振传感器体积庞大且价格昂贵,不易于远程操控。近些年,为了实现传感器的低成本、小型化和集成化,表面等离激元纳米结构传感器的设计和应用受到越来越多的关注。

院徐挺课题组致力于新型金属纳米结构的设计及其在生物传感领域应用的研究。在前期工作中,该课题组纳米盘和纳米孔结构在叠加构建出新型的金属纳米环结构该结构存在的共振模式不仅满足窄带的特征而且具有高的峰值对比度这解决了已有纳米结构传感器共振模式存在的宽带宽和低峰值对比度的问题,并系研究了共振模式的感性能,实现了生物分子的低度特异性检测。由于该结构特殊光路设计和光学性质对偏振不敏感特性,可以将其转移到光截面上,实现了该结构的小型化便携式集成(ACS Sensors, 2, 1796-1804, 2017)。基于种复合构,课题组还研究了金属膜对纳环阵列中的共振耦合模式的增作用。由于底部金属膜底的存在,该结构存在两个共振模式,分别对应于局域等离子模式和传播等离子模式。研究发现传播等离子模式的体折射率灵敏度高于局域模式,然而局域模式的表面灵敏度要高于播模式,因而可根据共振耦合模式的肤深度的短找到最的生物分子检测方法(Nanoscale, 10, 548-555, 2018,封面文)。此外,课题组还与美国国家准技研究院米中心合作,基于表面等离子激元面内干涉模型,利用非周期超表面于空不同入射角度的响实现了具有极高空角分辨率的折射率感器件(Nature Communications, 8, 1347, 2017)。些工作于推高性能表等离子激元生化传感器件的小型化和集成化展起到了一步的推作用。

1(左)光集成的高灵敏度生化感器;(中)表面等离子体应用于不同景的生化感;(右)基于非周期超表面分辨率光谱滤波及感。

我院博士后梁瑜为前两项工作的第一作者,徐挺教授以上三工作的通作者,相关研究受到了本院延青教授以及大理工大学彭教授的指与支持。该工作获得了科技部纳米专项,国家自然科学基金创新群体及面上项目,中组部青年千人计划等项目的经费资助。

(徐挺  供稿)