基于局域表面等離子體諧振的生物醫學傳感器因其潛在的低成本和高穩定性等優點得到科學界的廣泛關注，但是其品質因子遠低于基于傳播的表面等離子體諧振傳感器，阻礙了其在醫學檢測和藥物篩選等領域的商業推廣，這也是科學家致力于提高局域等離子體諧振傳感器品質因子的原因。近日，我校物理科學與工程技術學院、光電材料與技術國家重點實驗室的金崇君教授研究組在局域表面等離子體諧振傳感器研究方面取得重要進展，相關成果發表在國際著名學術刊物《自然-通訊》（Nature Communications 8 (2013) 3381）。
金蘑菇陣列的電鏡圖。上層是金蘑菇帽，蘑菇桿是電介質，生長在金薄膜孔陣中
金顆粒周期陣列被認為是提高局域表面等離子體諧振傳感器的品質因子的一個重要方案，但是所得的局域等離子體諧振傳感器的品質因子卻仍然只有傳播的表面等離子體諧振傳感器的品質因子的五分之一左右。最近，金崇君教授研究組和香港中文大學王建方教授研究組合作，由金崇君教授的博士生沈楊發展了一種新型的設計思想，提出利用納米介質柱陣列把金顆粒陣列抬升，并生長在金薄膜孔陣上，使得其折射率靈敏度提高的同時也減少了其表面等離子體諧振的線寬；同時發展了相應的制備工藝，通過兩次雙光束相干曝光光刻和電子束蒸發沉積，得到如上圖所示的金蘑菇陣列結構。通過光學表征，發現該結構可用于局域表面等離子體諧振傳感器，其品質因子達到108，和Kretschmann結構的基于傳播表面等離子體諧振傳感器的理論預測品質因子上限（108）相當。研究成果詳細解釋了產生這種高品質因子的原因，是由單個金顆粒所誘導的局域表面等離子體諧振和金顆粒陣列支持的Wood's anomaly的相互作用產生Fano 共振引起的。
同時，將其進一步應用到醫學檢測領域，比如和工學院周建華博士合作，將其應用于甲胎蛋白（肝部惡性腫瘤早期診斷的主要標志物）的濃度測定上，其檢測極限達到15 ng/ml （Nature Communications 8 (2013) 3381），表明該金蘑菇陣列是一個非常有潛力的無標記生物分子傳感器，有望使得早期腫瘤標志物的快速低成本常規檢測成為可能，為局域表面等離子體諧振傳感平臺在生物醫學檢測中的推廣應用，尤其是為發現早期癌變以及其它致命性疾病提供了新的檢測方法。
本研究得到國家自然科學基金委、科技部和光電材料與技術國家重點實驗室等機構的資助。
