ГАЗОВИЙ СЕНСОР НА ОСНОВІ СПЕКТРАЛЬНОГО ЕФЕКТУ ППР З КОЛОРИМЕТРИЧНОЮ РЕЄСТРАЦІЄЮ ВІДГУКІВ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2023.3.288158Ключові слова:
спектральний ППР, хроматичний режим, оптичний сенсор газу, срібна плівка, колориметрична реєстрація, R, G, B компонентиАнотація
Запропоновано новий варіант оптоелектронного сенсора для детектування газових молекул на основі ефекту спектрального поверхневого плазмонного резонансу (ППР) у хроматичному режимі з колориметричною реєстрацією колірних компонент відбитого світла. Як оптичний чутливий елемент використовувалась тонка срібна плівка на базовій грані призми у геометрії Кречмана, що дозволило реалізувати повноцінний ефект ППР у всьому видимому діапазоні спектру від 450 до 700 нм. Для вимірювання оптичного відгуку застосовано метод відеореєстрації R, G, B-компонент відбитого світла за допомогою кольорової веб-камери. Оптична схема пристрою дозволяла одночасно отримувати повний спектр плазмон-відбитого світла без застосування рухомих механічних вузлів. Сенсорний ефект полягав у зміні показника заломлення оточуючого середовища під дією газів, що безпосередньо впливало на параметри спектрального ППР. Створено лабораторний макет оптоелектронного сенсорного пристрою, та проведено оцінку ефективності запропонованого методу на прикладі детектування парів ряду органічних аналітів.
Посилання
Handbook of Surface Plasmon Resonance, 2nd Edition, Eds. R. B. M. Schasfoort, The Royal Society of Chemistry (2017). https://doi.org/10.1039/9781788010283-FP010
E. Kretschmann. Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Oberflächenplasmaschwingungen (The determination of the optical constants of metals by excitation of surface plasmons) // Zeitschrift für Physik A Hadrons and nuclei, 241, pp. 313–324 (1971). https://doi.org/10.1007/BF01395428
H. E. de Bruijn, R. P. H. Kooyman, J. Greve. Choice of metal and wavelength for surface-plasmon resonance sensors: some considerations // Applied optics, 31(4), pp. 440–442 (1992). https://doi.org/10.1364/AO.31.0440_1
G. Manickam, R. Gandhiraman, R. K. Vijayaraghavan, L. Kerr, C. Doyle, D. E. Williamsad, S. Danielsa. Protection and functionalisation of silver as an optical sensing platform for highly sensitive SPR based analysis // Analyst, 137, pp. 5265–5271 (2012). https://doi.org/10.1039/c2an35826c
J. S. Yuk, M.-J. Lee, U.-R. Kim, K.-S. Ha. Analysis of blood proteins on protein arrays with a spectral surface plasmon resonance biosensor // Current Applied Physics, 7, pp. 102–107 (2007). https://doi.org/10. 1016/j.cap.2006.02.006
J. Rysava, J. E. Dyr, J. Homol, J. Dostalek, P. Krızova, L. Masova, J. Suttnar, J. Briestensky, I. Santar, K. Myska, M. Pecka. Surface interactions of oxidized cellulose with fibrin(ogen) and blood platelets // Sensors and Actuators B, 90, pp. 243–249 (2003). https://doi.org/10.1016/S0925–4005(03)00035–2
J. Homola, J. Dostalek, J. Ctyroky. Novel approach to surface plasmon resonance multichannel sensing // SPIE Proceedings on Optical Engineering for Sensing and Nanotechnology, 4416, pp. 86–89 (2001). https://doi.org/10.1117/12.427017
Chi Lok Wong, George Chung Kit Chen, Beng Koon Ng, Shuchi Agarwal, Zhiping Lin, Peng Chen, and Ho Pui Ho. Multiplex spectral surface plasmon resonance imaging (SPRI) sensor based on the polarization control scheme // Optics express, 19(20), pp. 18965–18978 (2011). https://doi.org/10.1364/OE.19.018965
P. Hlubina, P. Urbancova, D. Pudis, M. Goraus, D. Jandura, D. Ciprian. Ultrahigh-sensitive plasmonic sensing of gas using a two-dimensional dielectric grating // Optics Letters, 44(22), pp. 5602–5605 (2019). https://doi.org/10.1364/OL.44.005602
Chi Lok Wong & Malini Olivo. Surface Plasmon Resonance Imaging Sensors: A Review // Plasmonics, 9, pp. 809–824 (2014). https://doi.org/10.1007/s11468-013-9662-3
Chi Lok Wong, George Chung Kit Chen, Xiaochao Li, Beng Koon Ng, Ping Shume, Peng Chen, Zhiping Lin, Chinlon Lin and Malini Olivo. Colorimetric Surface Plasmon Resonance Imaging (SPRI) Biosensor Array based on Polarization Orientation Rotation // Biosens. Bioelectron., 47, pp. 545–552 (2013). https://doi.org/10.1016/j.bios.2013.02.040
N. Bellassai, R. D’Agata, A. Marti, A. Rozzi, S. Volpi, M. Allegretti, R. Corradini, P. Giacomini, J. Huskens, and G. Spoto. Detection of Tumor DNA in Human Plasma with a Functional PLL-Based Surface Layer and Plasmonic Biosensing // ACS Sensors, 6, pp. 2307–2319 (2021). https://doi.org/10.1021/acssensors.1c00360
J. B. Fasoli and R. M. Corn. Surface Enzyme Chemistries for Ultrasensitive Microarray Biosensing with SPR Imaging // Langmuir, 31, pp. 9527–9536 (2015). https://doi.org/10.1021/la504797z
D. Wang D, JFC Loo, J. Chen, Y. Yam, SC Chen, H He, SK Kong, HP Ho. Recent Advances in Surface Plasmon Resonance Imaging Sensors // Sensors (Basel), 19(6), p. 1266 (2019). https://doi.org/10.3390/s19061266
V. Lebourgeois, A. Bégué, S. Labbé, B. Mallavan, L. Prévot, B. Roux. Can Commercial Digital Cameras Be Used as Multispectral Sensors? A Crop Monitoring Test // Sensors, 8, pp. 7300–7322 (2008). https://doi.org/10.3390/s8117300
A. García, M. M. Erenas, E. D. Marinettoa, C. A. Abad, I. de Orbe-Paya, A. J. Palma, L. F. Capitán- Vallvey. Mobile phone platform as portable chemical analyzer // Sensors and Actuators B, 156, pp. 350–359 (2011). https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.04.045
O. Mudanyali, S. Dimitrov, U. Sikora, S. Padmanabhan, I. Navruz, A. Ozcan. Integrated rapid-diagnostic-test reader platform on a cellphone // Lab Chip, 12, pp. 2678–2686 (2012). https://doi.org/10.1039/c2lc40235a
Y. Liu, Q. Liu, S. Chen, F. Cheng, H. Wang, W. Peng. Surface Plasmon Resonance Biosensor Based on Smart Phone Platforms, Sci. Rep., 5, p. 12864 (2015). https://doi.org/10.1038/srep12864
O. L. Kukla, A. N. Fedchenko, O. A. Vahula, E. R. Surovtseva, Yu. M. Shirshov. Features of the operation of biosensors based on the PPR effect in chromatic mode // 12th International conference “Electronic processes in organic and inorganic materials” (ICEPOM-12), June 1–5, 2020, Kamianets-Podilskyi, Ukraine, P. 327.
O. L. Kukla, A. N. Fedchenko, O. A. Vahula, Yu. M. Shirshov, E. R. Surovtseva. Detection of gas molecules using colorimetric registration under conditions of excitation of SPR in silver films in chromatic mode // 9th International Scientific and Technical Conference “Sensor Electronics and Microsystem Technologies”, September 20–24, 2021, Odesa, Ukraine, P. 103.
Resonant Technologies GmbH. http://www.res-tec.de (accessed 30.06.2023).
H. U. Yang, J. D’Archangel, M. L. Sundheimer, E. Tucker, G. D. Boreman, M. B. Raschke. Optical dielectric function of silve // Phys. Rev., B91, p. 235137 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 91. 235137
A. N. Fedchenko, O. A. Vahula, O. L. Kukla, A. B. Drapailo, S. G. Charchenko, S. G. Vishnevskyi, L. M. Matvienko. Use of Composite Calixarene Films for Optoelectronic Colorimetric Gas Detection // Optoelectronics and semiconductor technology, Kyiv, Naukova Dumka, 48, pp. 60–68 (2013) http://nbuv.gov.ua/UJRN/ont_2013_48_5
V. Y. Chorushenko, O. A. Vahula, K. V. Kostukevych, O. L. Kukla, I. O. Samoylova, R. V. Christosenko. Colorimetric detector for analysis of components of gas and liquid mixtures, Ukrainian patent UA No. 84899, published 10.12.2008, Bul. 23. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=126776
O. L. Kukla, O. M. Fedchenko, O. A. Vahula, L. M. Matvienko, A. B. Drapailo, S. G. Harchenko, S. G. Vishnevskyi. Optoelectronic colorimetric gas detector based on array of composite calixarene films // Sens. elektron. mikrosist. tehnol., 10(4), pp. 28–39 (2013) https://doi.org/10.18524/1815-7459.2013.4.110645
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право переходить Видавцю.
