基于焦耳热调制表面等离子体共振（SPR）技术实现亚单层有机吸附物高灵敏度检测的创新研究

本文提出一种通过焦耳热调制实现活性等离子体共振增强的新方法，利用热循环调控金属薄膜光学特性，结合锁相放大技术（homodyne detection）与角度扫描，显著提升表面等离子体共振（SPR）对亚单层吸附物的检测灵敏度。该技术无需相变材料或复杂光学结构，简化了传统SPR传感器的设计，在生物传感和超分辨成像领域具有重要应用潜力。

　　

Highlight

本研究旨在展示一种活性等离子体元件检测少于单层有机分子的能力。通过对克雷奇曼（Kretschmann）构型中蓝宝石-金-空气界面的温度调制角度扫描测量（图4），其增强的分子检测能力可通过曲线分析直观体现。下文将传统ATR测量称为“SPR曲线”，而调制测量称为“锁相曲线”。

Method

图1展示了改进的高精度衰减全反射（ATR）装置示意图，其中激光激发等离子体系统。由于方法涉及扫描20°的大角度范围及锁相放大器信号处理，需使用稳定光源。同时，为避免样品热降解，需低入射功率。因此选用输出功率2.7 mW、功率稳定性<0.8%的激光器（gem 532 nm, Laser Quantum）。

Results

锁相曲线显示出显著锐化的共振特性。与SPR曲线相比，其半高全宽（FWHM）减少1.7倍，相对检测能力提升近六倍。该技术对金表面烷硫醇自组装亚单层的检测优值（figure of merit）明确量化了其灵敏度优势。

Conclusion

SPR传感器因其高灵敏度、快速响应、便携性及生物兼容性，成为多种分析物检测的理想选择。本研究提出的技术为改进传统SPR传感器提供了一种简单而有效的方案，适用于未来高分辨显微成像与传感应用。