1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学光子学与传感研究所，生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学食品装备科学与技术学院，陕西 西安 710049
随着社会的发展，人类对疾病标志物、食品有害因子、环境污染物等的高灵敏和高特异性检测需求不断增长。基于表面等离子体共振（SPR）的传感器作为一种无标记、灵敏度高、可用于实时检测的生物传感器，在检测各类生物化学分子方面展现出了巨大的应用潜力。本文总结了近年来常用或正在快速发展的5种SPR传感器调制方式，在每种调制方式研究现状的基础上，根据近年来增强SPR传感器的研究，从纳米材料敏化和传感器结构优化两个方面总结讨论了增强传感信号的方法，以克服传统SPR传感器灵敏度较低且难以检测低浓度、低相对分子质量物质的缺点。
表面光学 表面等离子体 表面等离子体共振 生物分子检测 高灵敏检测 传感器增敏策略 中国激光
2023, 50(21): 2107402
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
太赫兹波因其指纹谱识别和无损探测等特性可被应用于物质的快速定性与定量识别。现阶段太赫兹技术方法对物质含量检测的下限在毫克量级，然而实际生物医学样本中待测物的浓度通常在微克量级甚至以下，现有方法限制了其检测灵敏度和可行性。研究中以脑胶质瘤里的特异性物质肌醇(MI)和γ-氨基丁酸(GABA)为例，基于电容电感效应，设计了一款增强太赫兹检测灵敏度的超材料芯片。然后通过测试MI和GABA在不同浓度下的太赫兹光谱，证明其各自随着浓度的变化，芯片谐振峰频移呈现不同的规律，从而进行有效的定性识别，且对于MI和GABA的已知样品，可以根据频移规律实现定量分析。根据实验数据计算可得，所设计的芯片对这两种样品含量检测下限分别为3.457 µg和2.552 µg，与传统压片法的检测极限相比提高了三个数量级。这些结果对后期生物医学中定性和定量检测疾病的微量特异性物质具有重要参考价值。
超材料传感芯片 太赫兹 高灵敏检测 脑胶质瘤 metamaterial sensor chip terahertz high sensitivity detection brain glioma disease 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210279
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 南京信息工程大学, 江苏 南京 210044
谐波探测被广泛应用于激光光谱技术中, 利用它可以提高探测灵敏度。利用1.653 μm的分布反馈式(DFB)二极管激光器作为光源, 建立了一套可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)甲烷探测装置。该装置利用由2块圆形柱面镜构成的光学多通池增加吸收光程, 提高探测灵敏度。吸收池基长为15 cm, 在112次反射情况下, 有效吸收光程达到16.8 m, 实现甲烷0.60×10-6(2 s采样时间)的探测极限, 可应用于实际大气甲烷的痕量探测。关键词:
光谱学 二次谐波 高灵敏度探测 浓度反演 spectroscopy second harmonic high sensitivity detection concentration retrieve
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
光学多通池被广泛应用于吸收光谱气体检测中，用来增加吸收光程，提高探测灵敏度。提出了一种由两块圆型柱面镜构成的光学多通池，其结构紧凑，镜面有效利用率高，相比传统相同基长的多通池可实现的光程有很大的增加。通过调节前后两柱面镜的间距和相对旋转角度，可得到不同的光斑分布，实现不同的光程。实验中使用1.653 μm 的分布反馈式二极管激光器作为光源，采用直接吸收光谱方法对CH4气体进行了探测，在气体有效吸收光程为13.8 m 的情况下，检测极限达到了0.68 μmol/mol，并利用该系统实现了大气中的CH4探测。
光谱学 光学多通池 柱面镜 吸收光谱 CH4高灵敏度探测
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 Laboratoire de Physicochimie del’Atmosphère, Université du Littoral Cte d’Opale, 189A, Av, Maurice Schumann, 59140Dunkerque, France
在国内首次报道以窄线宽的4.4 μm外腔量子级联激光(QCL)作为本地振荡光源, 黑体作为辐射光源的激光外差光谱实验装置的建立和测量工作。 激光外差光谱是一种高灵敏度的光谱探测技术, 并可以用于发展一种小型的光谱探测系统, 进行地基或星载的地球大气或天文观测。 介绍了激光外差的基本理论、 装置的建立和实验测量工作。 此激光外差光谱实验装置采用4.4 μm外腔量子级联激光, 出光功率高达180 mW, 在4.38～4.52 μm间连续可调, 具有很宽的光谱调谐范围, 能实现CO2, CO和N2O等大气重要分子的同时测量。 通过开展不同压力下CO2气体的激光外差光谱测量, 对激光外差光谱实验装置的性能进行了评估。 目前该激光外差系统的信噪比达到86, 低于散粒噪声极限条件的理论计算值287, 系统的光谱分辨率约为0.007 8 cm-1, 能满足较窄线宽条件下的高分辨率激光外差光谱的测量。 分析结果表明, 中红外激光外差光谱系统具有很高的瞬态信噪比及光谱分辨率, 在高精度测量大气温室气体的柱浓度和温室气体垂直廓线分布方面具有广阔的应用前景。
激光外差 外差光谱 高灵敏度探测 Laser Heterodyne Heterodyne Spectroscopy High sensitivity detection 光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1516
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室, 安徽 合肥 230031
2 法国滨海大学大气物理化学实验室, 法国 敦刻尔克 59140
利用量子级联激光器(QCL)结合新型小型化光学多通吸收池高灵敏度同时测量CO 和N2O 痕量气体。所用激光为工作在4.3 mm 附近的宽调谐、无跳模外腔量子级联激光器，激光在较短的时间内（1 s）连续波长扫描，并覆盖N2O（2203.73333 cm-1）和CO（2203.161 cm-1）两种分子的吸收谱线，从而实现对N2O 和CO 的同时测量。利用物理基长为12 cm 的新型小型化光学多通吸收池，探测光在吸收池内来回反射243次，有效光程达到29 m。利用波长调制吸收光谱和二次谐波探测技术实现了对N2O 和CO 的高灵敏度探测，测量系统的最低可探测浓度极限约为2.0×10-9（N2O）和1.7×10-9（CO）。
光谱学 光学多通池 量子级联激光 高灵敏度探测
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所国家863计划大气光学重点实验室,安徽,合肥,230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,安徽,合肥,230031
利用近红外可调谐半导体二极管激光用直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术初步观测了CO2在1.31 m附近的吸收.从实验结果可以看出,在4.5torr压力下,可探测最小吸收线强度为3.769×10-27μcm-1/(molecule·cm-2),相应的信噪比是16.8.
光谱学 波长调制 二次谐波 高灵敏度探测 吸收光谱 spectroscopy wavelength modulation second harmonic high sensitivity detection absorption spectroscopy
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥,230031
利用近红外二极管激光波长调制技术与二次谐波探测结合初步观测了CO2分子在波长1.57 μm附近的吸收,获得了最小可探测吸收为8.6×10-5(信噪比为2),对应500×10-6m-1的探测灵敏度。
光谱学 波长调制 二次谐波 高灵敏度探测
