چیدمان آزمایشگاهی اسپکترومتر تشدید پلاسمون سطحی (SPRS)

مطالعه فرآیندهای پیوند مولکولی موضوعی کلیدی در بسیاری از حوزه های تحقیقاتی است. از علوم زیستی گرفته تا ایمنی محیطی، تعیین اینکه کدوم مولکول برهمکنش می کند، چگونه برهمکنش می کند و چرا برهمکنش می کنند، می تواند به ساخت داروهای موثرتر، مواد با عملکرد بالاتر و کیفیت آب/هوای بهتر منجر شود. 

چندین تکنولوژی برای مطالعه ی چنین پیوندهای مولکولی وجود دارد. به عنوان مثال می توان به ELISA، QCM و ITC اشاره کرد. اگرچه تعداد کمی از این تکنولوژی ها مزایایی مانند تحریک پلاسمون های سطحی (SPR) را دارند. مزایای تحریک پلاسمون های سطحی عبارتند از:

  1. حساسیت بالا
  2. آشکارسازی بدون برچسب
  3. مانیتورینگ همزمان
  4. مصرف حجمی پایین نمونه
  5. بررسی کمی
  6. تعیین ثوابت آهنگ جنبشی

علاوه بر این روش تحریک پلاسمون های سطحی روشی آسان و کم هزینه است. 

اصول آشکارسازی SPR: پروفایل شدت و جابجایی زاویه SPR

وقتی یک پرتو نور در زاویه ای خاص (رزونانس) به لایه ای فلزی برخورد کند، پلاسمون های سطحی با نور شروع به نوسان می کنند. رزونانس منجر به جذب نور می شود. در پیکربندی مشهور کرشمن، نور بر روی یک لایه فلزی کانونی می شود. نور کانونی شده محدوده ای از زوایای فرود را ایجاد می کند و پرتو بازتابی نیز همان محدوده ی زاویه ای را پوشش می دهد و بنابراین تصویر کردن پرتو یک نوار را تشکیل می دهد. وقتی SPR در چنین زوایای گسترش یافته ای رخ می دهد، یک خط تاریک در نوار آشکار می گردد. پروفایل شدت این نوار در محدوده ی زاویه ای مورد اشاره به شکل زیر نمایش می یابد:

اصول آشکارسازی SPR در مد اندازه گیری جابجایی زاویه ای رزونانس
اصول آشکارسازی SPR در مد اندازه گیری جابجایی زاویه ای رزونانس

در آزمایشات متداول SPR از این پروفایل جهت مشخص کردن اینکه لایه فلزی (یا محلول بالای لایه فلزی) با شرایط تشدید SPR مطابقت دارد و وسیله به درستی تنظیم شده است استفاده می شود. اگرچه اندازه گیری واقعی فرآیندهای جذبی مولکولی تنها به جابجایی زاویه ای مکان جذب متناسب با تغییر زاویه SPR مربوط است. 

پروفایل شدت پرتو بازتابی از لایه فلزی در زاویه رزونانس یک کمینه را نشان می دهد. در آزمایش SPR جابجایی زاویه ای این کمینه مورد اندازه گیری قرار می گیرد و رسم این جابجایی بر حسب زمان فرآیندهای جذبی را مشخص می سازد.
پروفایل شدت پرتو بازتابی از لایه فلزی در زاویه رزونانس یک کمینه را نشان می دهد. در آزمایش SPR جابجایی زاویه ای این کمینه مورد اندازه گیری قرار می گیرد و رسم این جابجایی بر حسب زمان فرآیندهای جذبی را مشخص می سازد.

 حساسیت و محدودیت SPR:

در زمان انتخاب یک سیستم تحریک پلاسمون سطحی، یک سوال آشکار می تواند حساسیت این سیستم باشد. این سوال به ظاهر ساده پاسخی سر راست ندارد. بخشی از این سردرگمی ناشی از این حقیقت است که روش کاملی برای تعریف حساسیت وجود ندارد و بخش دیگری به دلیل استفاده غیر دقیق از این عبارت توسط برخی فروشندگان است. در ادامه برخی از عبارات متداول جهت تعریف حساسیت مورد بررسی قرار می گیرند.

حساسیت زاویه ای

 متداول ترین دستگاه های تحریک پلاسمون سطحی از هندسه ای موسوم به کرشمن استفاده می کنند و زاویه ی فرود نوری که در آن تحریک پلاسمون سطحی رخ می دهد را اندازه گیری می کنند. جابجایی زاویه تشدید روشی برای اندازه گیری حساس رخداد یک پیوند مولکولی بر روی سطح سنسور یا یک تغییر در ضریب شکست محیط مایع نزدیک سطح سنسور فراهم می کند. به همین دلیل ممکن است حداقل جابجایی زاویه ای قابل آشکارسازی جهت تعریف حساسیت مورد استفاده قرار گیرد. اگرچه یک دستگاه تحریک پلاسمون سطحی با بهترین حساسیت زاویه ای همیشه به معنی حساسیت این دستگاه برای آشکار سازی پیوندهای مولکولی نیست. 

تحریک پلاسمون سطحی

وابستگی به ماده منشور

لازم به ذکر است که زاویه تشدید نه تنها به پیوندهای مولکولی و ضریب شکست محیط مایع، بلکه به ضریب شکست منشور و ثابت دی الکتریک لایه فلزی در طول موج مورد استفاده بستگی دارد. 

  • مثال: اگر منشور از شیشه BK7 (با ضریب شکست 1.515) ساخته شده باشد و طول موج نور فرودی 635 نانومتر باشد، جابجایی زاویه ای بر اثر پیوند پروتئینی لایه ای 3 نانومتری (با ضریب شکست 1.5) بر روی چیپ سنسور طلا 0.75 درجه است. اگر همه شرایط را ثابت نگه داریم و منشور BK7 را با منشوری از جنش شیشه SF10 (با ضریب شکست 1.723) عوض کنیم، همان پیوند پروتئینی منجر به جابجایی زاویه ای 0.35 درجه (پاسخی ضعبف تر) می شود. 

وابستگی به طول موج

عمق نفوذ میدان میرای ایجاد شده توسط SPR در داخل محیط مایع با طول موج افزایش می یابد. طول موج های بالاتر (مثلا فروسرخ نزدیک) قادر به کاوش نقاط دورتری از سطح سنسور هستند، اگرچه این امر به از دست دادن مقدار زیادی از حساسیت سطحی منجر می گردد. 

ضریب نسبی محیط شکستی

کمیت دیگری که برای تعریف حساسیت SPR مورد استفاده قرار می گیرد، تغییر نسبی در ضریب شکست محیط مایع (RIU) است. بر خلاف جابجایی زاویه ای، واحد RIU بیشتر به کاربردهایی که خواستار اندازه گیری دقیق ضریب شکست یک مایع حجیم هستند مربوط است. در نتیجه RIU ممکن است راحت ترین واحد برای کاربردهایی که به مطالعه ی پیوندهای مولکولی مربوط هستند نباشد. 

پلاسمون پلاریتون های سطحی

الکترون­ های عبور کننده از یک جامد می­ توانند مقداری از تکانه و انرژی خود را به الکترون­ های جامد انتقال دهند. مؤلفه ­ی این تکانه در طول سطح لایه­ ی فلزی می ­تواند جهت تحریک یک پلاسمون سطحی در فصل مشترک استفاده شود و این در صورتی است که اندازه­ ی تکانه به میزان کافی بزرگ باشد.

یک فوتون نمی ­تواند بدون نوعی افزایش تکانه به یک SPP (پلاسمون پلاریتون سطحی) تبدیل شود. دو راه برای دست یافتن به این هدف وجود دارد که در ادامه می ­آیند:

جفت شدگی منشوری

دو روش برای جفت کردن نور به پلاسمون­ ها تحت عنوان هندسه­ های کرشمن و اتو وجود دارد. آن­ ها از پدیده­ ی بازتاب کلی داخلی در منشوری با ضریب شکست بالا استفاده می ­کنند که به نزدیکی یک سطح فلزی منتقل می­ شود. SPP بر اثر تکانه­ ی افزایش یافته­ ی یک موج میرا که به درون محیط پشتی نفوذ می­کند، بر اثر اپتیکی تحریک می­ شود.

Untitled

شکل 1) الف: هندسه اتو و ب: هندسه کرشمن

جفت شدگی با توری

اولین بار "وود" جفت شدن SPPها را به وسیله­ ی ساختار توری مشاهده کرد. تابش فرودی با زاویه ­ی θ نسبت به خط عمود بر سطح می ­تواند از توری پراکنده شود و مؤلفه­ ی بردار موج آن با مضرب ­های صحیحی از بردار موج توری کاهش یا افزایش یابد. این باعث افزایش مرتبه­ های پراشیده شده می­ شود.

Untitled

شکل 2) تحریک پلاسمون های سطحی به وسیله توری

مقاله کامل "پلاسمون پلاریتون های سطحی" را از اینجا دریافت کنید.

منبع SienceDirect

چیدمان آزمایشگاهی طیف سنجی تحریک پلاسمون سطحی پلاریتک

روش تحریک پلاسمون سطحی تکنیکی قدرتمند جهت آشکارسازی تغییرات ضریب شکست در یک محیط است. در این روش، نور با قطبش p پس از عبور از یک منشور، به لایه ی فلزی متصل شده به وتر منشور برخورد می کند. در زاویه ای خاص در محدوده ی بازتاب کلی داخلی، تمام نور تابیده شده به لایه ی فلزی توسط این لایه جذب می شود. به این حالت اصطلاحا تحریک پلاسمون های سطحی گفته می شود. زاویه ی تحریک پلاسمون های سطحی حساسیت بسیار بالایی به محیط اطراف لایه ی فلزی دارد. از این خاصیت می توان در جهت تولیذ انواع سنسورها بهره گرفت. از کاربردهای تحریک پلاسمون های سطحی می توان به آشکارسازی تغییرات غلظت یک گاز خاص در محیط، اندازه گیری مستقیم برهمکنش بین DNA و RNA، پروتئین ها (آنتی ژن ها و آنتی بادی ها) و برهمکنش شکر و سلول ها اشاره کرد. 

چیدمان تحریک پلاسمون سطحی شرکت پلاریتک در دو مد "اسکن زاویه" و "ثابت" قابل کاربرد است. در مد اسکن زاویه ای، زاویه ی دقیق رخداد تحریک پلاسمون سطحی مورد اندازه گیری و آنالیز قرار می گیرد. همچنین در مد ثابت، با ثابت ماندن زاویه، زمان برهمکنش یک ماده با ماده ی سنسور اندازه گیری می شود. این چیدمان شامل یک جابجاگر چرخان دقیق موتورایز جهت اسکن زاویه ای، دو عدد آشکارساز به عنوان آشکارسازهای تحریک پلاسمون و مرجع، کلیه قطعات اپتیکی و اپتومکانیکی مورد نیاز جهت برپایی چیدمان، یک عدد لیزر دیودی به عنوان منبع نور، بردبورد اپتیکی جهت قرار دادن پایدار چیدمان و همچنین نرم افزار داده برداری و تحلیل داده ها می باشد. تمامی اجزا، قطعات و نرم افزارهای این چیدمان قبل از تحویل به خریدار، جهت اطمینان از صحت عملکرد آن ها کاملا تست می شوند. 

چیدمان آزمایشگاهی اسپکترومتر تحریک پلاسمون سطحی پلاریتک
چیدمان آزمایشگاهی اسپکترومتر تحریک پلاسمون سطحی پلاریتک

 

 

کد فنی شرح قیمت (تومان) زمان تحویل
SPRS چیدمان آزمایشگاهی اسپکترومتر تحریک پلاسمون سطحی تماس بگیرید 8 هفته

شرح خدمات دقت اندازه گیری تعداد دفعات تکرار آزمایش هزینه (به ازای هر نمونه) زمان انجام آزمایش
اندازه گیری زاویه تحریک پلاسمون سطحی 0.02 درجه 3 تماس بگیرید شنبه تا چهارشنبه
10 صبح تا 4 بعد از ظهر

لطفا جهت آگاهی از خدمات شرکت پلاریتک در اندازه گیری طیف تحریک پلاسمون سطحی نمونه ها به اینجا مراجعه فرمایید.

اجزای چیدمان آزمایشگاهی طیف سنجی تحریک پلاسمون سطحی

کد فنی اجزای چیدمان آزمایشگاهی تحریک پلاسمون سطحی تعداد
LD-655-25 ماژول لیزر دیودی با طول موج 655 نانومتر و توان 25 میلی وات مجهز به منبع تغذیه با پیچ تنظیم توان و مکانیزم تثبیت جریان 1
CRM2 نگهدارنده قابل چرخش اپتیک 2 اینچ مناسب برای قفس 60میلی متر 1
CC2 نگهدارنده مکعبی مخصوص قفس اپتیکی 60 میلی متر 1
CC6OM2

نگهدارنده اپتیکی با حداکثر ضخامت 6/6 میلی متر قابل اتصال به نگهدارنده مکعبی قفس اپتیکی 60 میلی متر 2
RP2 صفحه قابل چرخش متصل شونده به نگهدارنده مکعبی قفس اپتیکی 60 میلی متر 2
ALM نگهدارنده لیزر قابل تنظیم مخصوص قفس اپتیکی 60 میلی متر اپتیکی قابل اتصال به میله استیل 1
SPD-CO آشکارساز فوتونی (قابل اتصال به کامپیوتر) 3
SOP100 میله استیل با طول 100 میلی متر و قطر 7/12 میلی متر 5
PH100 نگهدارنده میله 100 میلی متر (قطر میله 7/12 میلی متر) 5
MPB صفحه پایه 5
FOMC2 نگهدارنده ثابت 2 اینچ مخصوص قفس اپتیکی قابل اتصال به میله استیل-قفس 60 میلی متر 4
OTF-50*100 میز اپتیکی 50 × 100 سانتی متر با پایه ثابت و ارتفاع بنچ 10 سانتی متر 1
PSK کیت پیچ (شامل پیچ و مغزی های آلنی استیل M4 و M6 پر استفاده به همراه واشر و آچار آلن) 1
MRSWG صفحه گردان موتوردار گیربکس دار غیرمستقیم (وسط سوراخ) بدون بکلش 1
نرم افزار داده برداری و کنترل 1
پلاریزور 1
درایور سخت افزاری کنترل حرکت و داده برداری 1
لنزهای اپتیکی 3
منشور رترورفلکتور 1
چیپ سنسور با لایه نشانی طلا 1
روغن تطبیق ضریب شکست 1

مشخصات آشکارسازهای بکار رفته در چیدمان آزمایشگاهی طیف سنجی تحریک پلاسمون سطحی

مشخصه مقدار
ابعاد (میلی متر) 5.4*4.3*3.2
ناحیه حساس شعاعی (میلی متر مربع) 7.5
مناسب برای طول موج های مرئی و فروسرخ نزدیک
زاویه نیم حساسیت 65 درجه
طول موج بالاترین حساسیت (نانومتر) 900
محدوده پهنای باند طیفی (نانومتر) 430-1100
توان معادل نویز (VR = 10 V, l = 950 nm)(W/√Hz) 14-^10*4
ولتاژ بایاس معکوس (ولت) 5
ظرفیت دیودی (VR = 0 V, f = 1 MHz, E = 0) (pF) 70
جریان معکوس تاریکی (VR = 10 V, E = 0) 2
زمان افت/خیز (نانوثانیه) 100
نرم افزار لب ویو
رابط Type2 to USB

نتایج آزمون های تکرار پذیری آزمایشات

به علت حساسیت بالای طیف سنج تحریک پلاسمون سطحی به عوامل محیطی و تغییرات ضریب شکست محیط بعد از ماده سنسوری (به عنوان مثال طلا)، تکرار پذیری آزمایشات به عمل آمده توسط دستگاه اندازه گیری از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل چیدمان طیف سنجی تحریک پلاسمون سطحی پلاریتک مورد آزمون تکرار پذیری قرار گرفت. این آزمون با استفاده از یک نمونه طلا به ضخامت 45 نانومتر که توسط لایه نشانی تبخیری در محیط خلاء بر روی زیر لایه شیشه ای لایه نشانی شده است، انجام پذیرفته است. طول گام های جابجاگر موتوردار چرخان برابر با 0.02 درجه تعیین شده است. این آزمون به تعداد دفعات 6 مرتبه تکرار شده است و در هر بار اندازه گیری 800 نمونه از هر یک از آشکارسازهای SPR و مرجع گرفته شده است. محدوده زوایای اسکن شده در این آزمون ها برابر با 16 درجه بوده است. همچنین لیزر بکار رفته جهت تحریک پلاسمون های سطحی دارای طول موج 655 نانومتر و توان 25 میلی وات بوده است. نتایج حاصل از این آزمون ها در شکل زیر به نمایش در آمده است.

انجام آزمون تکرار پذیری اندازه گیری در نمونه استاندارد طلا
انجام آزمون تکرار پذیری اندازه گیری در نمونه استاندارد طلا