基于局域表面等離子體諧振的生物醫(yī)學(xué)傳感器因其潛在的低成本和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)得到科學(xué)界的廣泛關(guān)注，但是其品質(zhì)因子遠(yuǎn)低于基于傳播的表面等離子體諧振傳感器，阻礙了其在醫(yī)學(xué)檢測和藥物篩選等領(lǐng)域的商業(yè)推廣，這也是科學(xué)家致力于提高局域等離子體諧振傳感器品質(zhì)因子的原因。近日，我校物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院、光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)刊物《自然-通訊》（Nature Communications 8 (2013) 3381）。

金顆粒周期陣列被認(rèn)為是提高局域表面等離子體諧振傳感器的品質(zhì)因子的一個(gè)重要方案，但是所得的局域等離子體諧振傳感器的品質(zhì)因子卻仍然只有傳播的表面等離子體諧振傳感器的品質(zhì)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(xué)王建方教授研究組合作，由金崇君教授的博士生沈楊發(fā)展了一種新型的設(shè)計(jì)思想，提出利用納米介質(zhì)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(shí)也減少了其表面等離子體諧振的線寬；同時(shí)發(fā)展了相應(yīng)的制備工藝，通過兩次雙光束相干曝光光刻和電子束蒸發(fā)沉積，得到如上圖所示的金蘑菇陣列結(jié)構(gòu)。通過光學(xué)表征，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)可用于局域表面等離子體諧振傳感器，其品質(zhì)因子達(dá)到108，和Kretschmann結(jié)構(gòu)的基于傳播表面等離子體諧振傳感器的理論預(yù)測品質(zhì)因子上限（108）相當(dāng)。研究成果詳細(xì)解釋了產(chǎn)生這種高品質(zhì)因子的原因，是由單個(gè)金顆粒所誘導(dǎo)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(chǎn)生Fano 共振引起的。

同時(shí)，將其進(jìn)一步應(yīng)用到醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域，比如和工學(xué)院周建華博士合作，將其應(yīng)用于甲胎蛋白（肝部惡性腫瘤早期診斷的主要標(biāo)志物）的濃度測定上，其檢測極限達(dá)到15 ng/ml （Nature Communications 8 (2013) 3381），表明該金蘑菇陣列是一個(gè)非常有潛力的無標(biāo)記生物分子傳感器，有望使得早期腫瘤標(biāo)志物的快速低成本常規(guī)檢測成為可能，為局域表面等離子體諧振傳感平臺(tái)在生物醫(yī)學(xué)檢測中的推廣應(yīng)用，尤其是為發(fā)現(xiàn)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(xué)基金委、科技部和光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的資助。