Three-layer optical sensor “prism–metal–water suspension of inclusions” based on surface plasmon resonance

Анотація

Розглянуто оптичну схему типу Кречмана, в якій рецепторний шар і аналітний шар, що межують з наношаром металу (золота), існують не окремо, а являють собою єдиний рецепторно-аналітний шар у вигляді водної суспензії мікровключень. Наявність мікровключень формує ефективну діелектричну проникність суспензії, відмінну від діелектричної проникності компонентів (води та включень). Поверхневий плазмонний резонанс (ППР) полягає в можливості визначення резонансної довжини хвилі та резонансного кута падіння за мінімумом коефіцієнта відбиття і суттєво залежать від знаку, в даному випадку, ефективної діелектричної проникності суспензії. Тому в даному дослідженні головна увага була приділена знакові ефективної діелектричної проникності суспензії, оскільки ППР існує лише при її додатних значеннях. Досліджено вплив на ефективну діелектричну проникність двох факторів: концентрації включень у водну суспензію та їхньої діелектричної проникності. Показано, що для білкових і нуклеїнових включень ефективна діелектрична проникність не може бути від’ємною за будь-яких концентрацій, якщо діелектричні властивості включень вважати виключно дійсними. Але дійсна частина діелектричної проникності білкових і нуклеїнових молекул варіюється в межах від –1 до ≈ 2.5 залежно від довжини молекулярного ланцюга. Тому було також проведено дослідження впливу дійсної частини діелектричної проникності таких включень на ефективну діелектричну проникність суспензії для декількох актуальних значень концентрації. Підтверджено, що для білкових і нуклеїнових включень, у загальному випадку, ефективна діелектрична проникність суспензії також може бути тільки додатною і ППР реалізується при будь-яких концентраціях вибраного діапазону (> 10%). Показано також, що для включень із суто від’ємною (< –1) дійсною частиною діелектричної проникності можуть реалізуватись і від’ємні значення ефективної діелектричної проникності суспензії.