Исследовательская группа под руководством Шэнь Мэнци, преподавателя Инженерного факультета Университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне, опубликовала статью под названием «Phase-Retrieved High-Throughput Multi-Channel Simultaneous Surface Plasmon Resonance Detection» в одном из ведущих международных журналов по оптике — Laser & Photonics Reviews (импакт-фактор 10). Шэнь Мэнци является первым автором публикации, а Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне указан в качестве первой аффилиации.
Поверхностный плазмонный резонанс (Surface Plasmon Resonance, SPR) — это высокочувствительная оптическая технология сенсорного анализа, позволяющая в реальном времени и без использования меток отслеживать взаимодействие биомолекул. Благодаря своим уникальным преимуществам SPR широко применяется в биомедицине, экологическом мониторинге и контроле качества пищевых продуктов. Суть метода заключается в регистрации изменений резонансных условий, вызываемых связыванием биомолекул, что обеспечивает прямое оптическое считывание процессов их взаимодействия. С ростом сложности биомедицинских исследований и клинической диагностики требования к сенсорным технологиям возрастают: необходимы не только более высокая чувствительность и способность регистрировать слабые молекулярные взаимодействия, но и существенно большая пропускная способность, а также возможность параллельного детектирования для получения данных высокой плотности.
В данной работе была разработана и экспериментально подтверждена высокочувствительная фазовая система поверхностного плазмонного резонансного (SPR) сенсора с широким динамическим диапазоном и ультравысокой пропускной способностью. Система сочетает в себе оптическую структуру с объективным сопряжением и вращательный алгоритм восстановления фазы на основе ptychography (r-ePIE), предлагая реалистичный путь к преодолению существующих ограничений в развитии фазовых SPR-систем с высокой пропускной способностью. Предложенное решение эффективно устраняет ряд характерных проблем традиционных систем, включая сложность оптической конфигурации, высокие требования к юстировке, ограничение потока из-за использования призменных конструкций, а также чувствительность к шумам и внешним дрейфам среды. Алгоритм r-ePIE в большинстве случаев обеспечивает высокоточное восстановление фазы всего по двум входным изображениям, что значительно снижает вычислительные затраты и демонстрирует устойчивость к внешним возмущениям и оптическим аберрациям. Благодаря введению псевдослучайной фазовой маски система достигла высокой динамической амплитуды и пропускной способности при извлечении фазовой информации. В рамках эксперимента был изготовлен трёхуровневый ступенчатый образец (ширина линии 23,7 мкм, диапазон высоты 0–28 нм). Полученные результаты реконструкции толщины и профиля поверхности показали высокое соответствие данным, полученным с помощью профилометра, что подтвердило точность и надёжность системы. При тестировании производительности система обеспечила минимальное расстояние между детектируемыми элементами 14,23 мкм вдоль направления распространения SPR и 9,50 мкм — в перпендикулярном направлении. Чувствительность однократного измерения составила 4,90 × 10⁻⁶ RIU, что соответствует рекордной плотности каналов детектирования в области SPR-сенсоров. Достигнутый результат приближается к фундаментальному пределу многоканального детектирования, определяемому длиной распространения SPR, и больше не ограничивается конструкцией системы. По сравнению с традиционными интенсивностными и интерференционными методами SPR, предложенная система демонстрирует значительные преимущества в стабильности, точности и инженерной реализуемости, обеспечивая рост плотности каналов примерно на два порядка. Это достижение закладывает основу для развития нового поколения SPR-сенсорных технологий с высокой пропускной способностью.
Текст научной статьи: https://doi.org/10.1002/lpor.202501627
Документы
Вакансии
Связаться с нами
