Cảm biến độ cộng hưởng plasmon bề mặt trong vùng tia cực tím sâu dựa trên nhôm

Plasmonics - Tập 15 - Trang 1891-1901 - 2020
Cleumar Moreira1,2, Yunshan Wang3, Steve Blair2, Igor Carvalho4, Rossana Santa Cruz4
1Electrical Engineering Department, Instituto Federal da Paraíba, IFPB, João Pessoa-PB, Brazil
2Electrical and Computer Engineering Department, The University of Utah, Salt Lake City, USA
3Chemical Engineering Department, The University of Utah, Salt Lake City, USA
4Electrical Engineering Department, Instituto Federal de Educação Tecnológica da Paraíba, IFPB, João Pessoa-PB, Brazil

Tóm tắt

Cảm biến độ cộng hưởng plasmon bề mặt trong vùng tia cực tím sâu (DUV-SPR) dựa trên nhôm hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng trong sinh học. Các khía cạnh thiết kế của cảm biến DUV-SPR được xem xét thông qua mô hình nhiều lớp Fresnel. Các chế độ điều tra góc và dài sóng được sử dụng, trong đó silica thủy tinh, sapphire và acrylic solacryl truyền tia cực tím (acrylic SUVT) được sử dụng làm chất nền quang học. Nhôm ở trạng thái oxit của nó (alumina) cũng được xem xét như một lớp phủ nhôm. Cảm biến SPR của chúng tôi, dựa trên mô hình Kretschmann-Raether với 4 lớp, được áp dụng cho các dung dịch khí và dung dịch lỏng, trong đó một số chỉ tiêu hiệu suất được sử dụng để phân tích hoạt động của cảm biến. Các giá trị cho độ nhạy, độ rộng đường phổ (FWHM, độ rộng toàn phần tại nửa cực đại) và FOM (hệ số chất lượng hoặc chỉ số hiệu suất) được tính toán. Độ phân giải cũng được tìm ra và so sánh với các thiết bị khác bằng cách sử dụng một công thức đã biết. Kết quả cho thấy cảm biến của chúng tôi có độ nhạy cao hơn cho cả dung dịch khí và dung dịch lỏng khi so với cảm biến dựa trên ánh sáng nhìn thấy. Đối với dung dịch lỏng, chất phân tích được mô phỏng dưới dạng khối hoặc đơn lớp. Do đó, cảm biến DUV-SPR là một lựa chọn tốt cho các thiết bị SPR truyền thống dựa trên ánh sáng nhìn thấy, trong đó hiệu suất tương đương hoặc cao hơn cho một số điều kiện, với độ ái lực cao hơn với một số loại protein.

Từ khóa

#Cảm biến DUV-SPR #plasmon bề mặt #nhôm #dung dịch khí #dung dịch lỏng

Tài liệu tham khảo

Bo Liedberg CN, Lunström I (1983) Surface plasmon resonance for gas detection and biosensing. Sensors Actuators 14:299–304 Davy G, Stephen KG (2017) Aluminium plasmonics. Proceedings 1 Ferreira E, Lima J, Alves-Balvedi R, Bonan P, Medeiros E, Goulart L, Lima A, Neff H, Oliveira L, Castellano L, Araújo A, Moreira C (2017) Leishmania spp. detection using a surface plasmon resonance biosensor. Proceedings 1 Bokken GCAM, Corbee RJ, van Knapen F, Bergwerff AA (2006) Immunochemical detection of Salmonella group b, d and e using a optical surface plasmon resonance biosensor. Microbiology Letters 22:75–82 Bokken GCAM, Corbee RJ, van Knapen F, Bergwerff AA (2006) Immunochemical detection of Salmonella group b, d and e using a optical surface plasmon resonance biosensor. Microbiology Letters 22:75–82 Gupta BD, Sharma AK (2005) Sensitivity evaluation of a multi-layered surface plasmon resonance-based fiber optic sensor: a theoretical study. Sensors Actuators B 107:40–46 Gutiérrez Y, de la Osa RA, Ortiz D, Saiz JM, González F, Moreno F (2018) Plasmonics in the ultraviolet with aluminum, gallium, magnesium and rhodium. Appl Sci 8 Neff H, Beeby T, Lima AMN, Boore M, Almeida LAL (2006) Dc-sheet resistance as sensitive monitoring tool of protein immobilization on thin metal films. Biosensors and Biolectronics 21:1745–1752 Hehlen MP, Wiggins BW, Favalli A, Iliev M, Ianakiev KD (2018) Light propagation in a neutron detector based on 6Li glass scintillator particles in an organic matrix. J Appl Phys 124 Homola J (2003) Present and future of surface plasmon resonance biosensors. Anal Bioanal Chem 377:528–539 Homola J (2006) Surface plasmon resonance based sensors. Springer, Amsterdan Homola J, Yee S, Gauglitz G (1999) Surface plasmon resonance: review. Sensors Actuators B 544:3–15 Knight MW, King NS, Liu L, Everitt HO, Nordlander P, Halas NJ (2013) Aluminum for plasmonics. ACS Nano 8:834–840 Li W, Ren K, Zhou J (2016) Aluminum-based localized surface plasmon resonance for biosensing. TrAC - Trends in Analytical Chemistry 80:486–494 Maidecchi G, Gonella G, Proietti Zaccaria R, Moroni R, Anghinolfi L, Giglia A, Nannarone S, Mattera L, Dai HL, Canepa M, Bisio F (2013) Deep ultraviolet plasmon resonance in aluminum nanoparticle arrays. ACS Nano 7:5834–5841 Mcmahon JM, Schatz GC, Gray SK (2013) Plasmonics in the ultraviolet with the poor metals Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, and Bi. Phys Chem Chem Phys 17:5415–5423 de Melo AA, da Silva TB, da Silva Santiago MF, da Silva Moreira C, Cruz RMS (2019) Theoretical analysis of sensitivity enhancement by graphene usage in optical fiber surface plasmon resonance sensors. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 68:1554–1560 Moreira C, Lima A, Neff H, Thirstrup C (2008) Temperature-dependent sensitivity of surface plasmon resonance sensors at the gold–water interface. Sensors Actuators B Chem 134:854–862 Moreira CS, Wang Y, Blair S (2019) Substrate material influence on the deep-ultraviolet surface plasmon resonance sensors using aluminum films. IEEE Sensors 2019 Conference 134:854–862 Morsy AM, Povinelli ML, Hennessy J (2018) Highly selective ultraviolet aluminum plasmonic filters on silicon. Opt Express 26:22650 Naimushin AN, Spinelli CB, Soelberg SD, Mann T, Stevens RC, Chinowsly T, Kauffman P, Yee S, Furlong CE (2005) Airborne analyte detection with an aircraft-adapted surface plasmon resonance sensor system. Sensors and Actuators B 104:237–248 Neff H, Zong W, Lima AMN, Borre M, Holzhüter G (2006) Optical properties and instrumental performance of thin gold films near the surface plasmon resonance. Thin Solid Films 496:688–697 Oliveira LC (2016) Construção e caracterização de sensores spr: influência da camada metálica e do substrato dielétrico. Ph.D. thesis, Universidade Federal de Campina Grande Oliveira LC, Herbster A, Moreira CS, Neff H, Lima AMN (2017) SPR-instrumental features of thin aluminum films in aqueous solution : conditions and limitations for disposable diagnostic applications. Phys Chem Chem Phys, pp 1–8 Piliarik M, Homola J (2009) Surface plasmon resonance (SPR) sensors: approaching their limits? Opt Express 17:16505–16517 Polyanskiy M (2020) Refractive index database. https://refractiveindex.info/ Raether H (1988) Surface plasmons: on smooth and rough surfaces and on gratings springer tracts in modern physics, vol 111. Amsterdan, Netherlands Rouf HK, Haque T (2018) Performance enhancement of ag-au bimetallic surface plasmon resonance biosensor using inp. Progress in Electromagnetics Research M 76:31–42 Schasfoort RBM, Tudos AJ (eds) (2008) Handbook of surface plasmon resonance, 1st edn. The Royal Society of Chemistry, London da Silva Moreira C (2010) Projeto e realização de um biochip óptico para aplicações biolóógicas baseado no princípio de ressonância de plásmons de superfície. Ph.D. thesis, Universidade Federal de Campina Grande de Souza Filho CA, Lima AMN, Neff FH (2017) Modeling and temperature drift compensation method for surface plasmon resonance-based sensors. IEEE Sensors J 17:6246–6257 Tanabe I, Tanaka YY, Ryoki T, Watari K, Goto T, Kikawada M, Inami W, Kawata Y, Ozaki Y (2016) Direct optical measurements of far- and deep-ultraviolet surface plasmon resonance with different refractive indices. Opt Express 24:21886 Tanabe I, Tanaka YY, Watari K, Hanulia T, Goto T, Inami W, Kawata Y, Ozaki Y (2017) Aluminum film thickness dependence of surface plasmon resonance in the far- and deep-ultraviolet regions. Chem Lett 46:1560–1563 Tanabe I, Tanaka YY, Watari K, Hanulia T, Goto T, Inami W, Kawata Y, Ozaki Y (2017) Far- and deep-ultraviolet surface plasmon resonance sensors working in aqueous solutions using aluminum thin films. Scientific Reports 7:1–7 Watanabe Y, Inami W, Kawata Y (2011) Deep-ultraviolet light excites surface plasmon for the enhancement of photoelectron emission. J Appl Phys 109:19–22 Yamamoto M (2002) Surface plasmon resonance (spr) theory: tutorial. Review of Polarograph 48(3):209–237