A novel surface plasmon resonance sensor, which can measure 2-dimensional array of immobilized ligands without using imaging devices such as CCD, has been proposed. Regular surface plasmon resonance can be directly used due to the insertion of additional layers with different thickness, on which each ligands are immobilized. Surface plasmon resonance signals are separated depending on the thickness of additional layers. The possibility of multi-sensing capability of the proposed surface plasmon resonance sensor has been verified by the modeling that is based on Fresnel reflection model.
결합된 플라즈몬-도파관 공진 (PWR) 구조에서 전파하는 TE, TM 전송 모드들의 바이오 센싱 특성을 조사하였다. 수치해석을 위하여 모드 전송선로 이론 (MTLT)을 사용되었다. 기존의 Ag-기반 표면 플라즈몬 공명 바이오센서의 감도를 향상시키기 위하여, 제안된 PWR 바이오센서는 N쌍의 MgF2-Si3N4 층으로 구성된 다층구조로 설계하였다. 그 바이오센서의 각도 감도가 광범위한 생물학적 용액 (굴절률 1.33~1.37)에 대하여 수치적으로 분석되었다. 더욱이, 암세포와 혈장 농도를 감지하는 센서의 가용성을 조사하였다. 결국, 그 결과들은 제안된 바이오센서가 소변에서 다양한 종류의 암 세포와 다양한 포도당 농도를 효율적으로 감지할 수 있음을 보여주었다.
In this study, the optical properties of localized surface plasmon resonance sensor using optical fiber was analyzed as the variation of a size and surface density of gold nano particles on the etched optical fiber surface. It is shown that a size and surface density of gold nano particles on optical fiber surface are controlled by $Na_3$ citrate quantity and pH of gold colloid solution. To measure the sensitivity, peak wavelength of absorbance spectrum was detected as the reflective index of the solution. The sensor sensitivity is linearly dependent on the size and surface densities of gold nano particles from the results of optical experiments.
We propose a novel micro surface plasmon resonance (SPR) sensor system based on polymer materials. The proposed SPR system consists of the incident medium with polymer waveguide and the gold thin film for sensing area. Using a polymer optical waveguide instead of a prism in SPR sensing system offers miniaturization, low cost, and potable sensing capability. The whole device performance was analyzed using the finite-difference time domain method. The optimum gold thickness in the attenuated total reflection mirror of polymer waveguide is around 50 nm and the resonance angle to generate surface plasmon wave is 68 degrees.
Various etching methods of optical fiber and formation of metal nano particles on the optical fiber have been proposed for fabrication of fiber optic localized surface plasmon resonance (FO LSPR) biosensors. Different types of etched optical fiber are possible by removing the cladding of optical fiber using HF (hydrofluoric acid) solution and BHF (buffered hydrofluoric acid) solution, which results in improved surface roughness when BHF solution is used. Localized surface plasmon can be formed and measured by formation of silver and gold nano particles on the etched optical fiber. The characteristics of the etched optical fiber and metal nano particles on the etched surface of the optical fiber play a key role in dictating the sensitivity of the LSPR sensors, so that the proposed results can be expected to be applied for related research on fiber optic based biosensors.
수용액에서 자당의 농도 변화를 감지하기 위한 센서개발을 목적으로 하여, 금박막을 센서칩으로 사용한 SPR(surface plasmon resonance) 센서시스템을 구성하였다. 센서칩 제작시 금박막의 특성조건은 SPR 현상에 매우 큰 영향을 미치므로, 센서 제작의 최적화를 위해 특성을 분석하여 두께 약 $545\;{\AA}$, 표면 평균 거칠기 약 $3\;{\AA}$이 되도록 균일하게 제작하였다. 이렇게 제작된 금박막 센서칩의 공명각은 $43.75^{\circ}$ 이었으며, $0{\sim}40\;wt%$ 농도의 자당 수용액을 측정한 결과 기존의 알려진 자당 센서에 비해 빠른 응답특성과 선형적인 공명특성을 얻을 수 있었다.
Surface plasmon resonance (SPR) has been widely used for biological and chemical sensing applications. The present study investigates numerically the optical characteristics for the single Au film and bimetallic Ag/Au film SPR configurations by using the multiple beam interference matrix (MBIM) method. We use the prism coupling method, especially Kretschmann configuration for excitation of surface plasmon wave (SPW). The estimated results of reflectance, phase shift and magnetic field intensity enhancement factor are provided for finding out the optimum configuration with high sensitivity for SPR measurement. As a result, the optimum thicknesses are found to be 52 nm for a single Au film and 5 nm to 36 nm for bimetallic Ag-Au film. From the comparison of full width half maximum (FWHM) values for reflectance, phase shift, and enhancement of magnetic field intensity, it is concluded that the highest sensitivity can be obtained when using the phase shift for SPR sensor.
Norov, Erdene;Jeong, Hyeon-Ho;Park, Jae-Hyoung;Lee, Seung-Ki;Jeong, Dae Hong
Rapid Communication in Photoscience
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제2권2호
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pp.46-51
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2013
This study reports a fiber-optic sensor detecting biomolecule by simultaneously monitoring localized surface plasmon resonance (LSPR) from gold nanoparticles (Au NPs) of ca. $50{\pm}5$ nm attached on one end of optical fiber and surface enhanced Raman scattering (SERS) of the reporter molecules adsorbed on the gold surfaces as an additional sensing tool. The sensor was fabricated by immobilizing Au NPs on one end of an optical fiber by chemical reaction. LSPR and SERS signals of the sensor were measured using various refractive indices solutions. Finally, the sensor was applied to observe real-time LSPR sensor-gram and SERS spectra of the reporter molecule of 4-aminothiphenol during the antibody-antigen reaction of interferon-gamma (IFN-${\gamma}$) as a proof-concept experiment of biological applications.
We have investigated the grating coupled surface plasmon resonance (GC-SPR) sensors using ZnO nano-grating structures to enhance the sensitivity of an SPR sensor. The GC-SPR sensors were analyzed using the finite-difference time-domain method. The optimum resonance angles of 49 degrees are obtained in the 150 nm wide grating structure with a period of 300 nm for the ZnO thickness of 30 nm. Then, the ZnO nano-grating patterns were fabricated by using laser interference lithography. The measured resonance angle of nano-grating patterns was around 49 degrees. Here, an enhanced evanescent field is obtained due to the surface plasmon on the edge of the bandgap when the ZnO grating structures are used to excite the surface palsmon.
We explored localized plasmonic field enhancements using nanowire patterns to improve the sensitivity of a surface plasmon resonance (SPR) sensor. Two different materials, gold and silver, were considered for sample materials. Gold and silver nanowire patterns were fabricated by electron beam lithography for experimental measurements. The wavelength SPR sensor was also designed for these experiments. The material-dependent field enhancements on nanowire patterns were first calculated based on Maxwell's equations. Resonance wavelength shifts were indicated as changes in the refractive index from 1.33 to 1.36. The SPR sensor with silver nanowire patterns showed a much larger resonance wavelength shift than the sensor with gold nanowire patterns, in good agreement with simulation results. These results suggest that silver nanowire patterns are more efficient than gold nanowire patterns, and could be used for sensitivity enhancements in situations where biocompatibility is not a consideration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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