Трёхслойная структура металл/окисел/бактериальный монослой для биосенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса
Диссертация
В работе, например, описывается сенсор с чувствительным элементом, выполненным в виде оптического волокна, небольшой участок внешней поверхности которого отполирован и на него нанесена металлическая пленка для получения эффекта ППР. Металлическая пленка в свою очередь покрыта диэлектрической пленкой с высоким показателем преломления для того, чтобы можно было бы тестировать химические образцы… Читать ещё >
Содержание
- Обзор литературы
- Оптические сенсорные устройства
- Поверхностные плазмонные волны
- Глава 1. Методы формирования и структурные исследования металлических и диэлектрических пленок с оптимальными резонансными характеристиками многослойных структур
- 1. 1. Условия проведения эксперимента
- 1. 2. Металлические мишени для магнетрона
- 1. 3. Диэлектрические мишени для ионных источников
- 1. 4. Магнетронная распылительная система
- 1. 5. Устройство для получения многослойных структур
- 1. 6. Сканирующая атомно — силовая микроскопия
- 1. 7. Условия приготовления тонких металлических и диэлектрических пленок
- 1. 8. Ионный источник
- 1. 9. Влияние ионной бомбардировки поверхности подложек на свойства
- 1. 10. Формирование структуры металлических пленок
- 1. 11. Формирование буферных оксидных слоев
- 1. 12. Влияние переходного слоя диэлектрика на чувствительность сенсора
- Глава 2. Применение поверхностных плазмонных волн для определения параметров растущих плёнок
- 2. 1. Применение поверхностных электромагнитных волн для измерения толщин растущих плёнок
- 2. 2. Влияние растущей оксидной плёнки на свойства поверхности металлического слоя
- 2. 3. Определение оптимальной толщины барьерной диэлектрической плёнки. Схема эксперимента
- Глава 3. Поверхностная плазмонная спектроскопия бактериальных слоев
- 3. 1. Характеристика бактерий со специфическими функциями
- 3. 1. 1. Метанотрофные бактерии
- 3. 1. 2. Метилотрофные бактерии
- 3. 1. 3. Водородокисляющие (водородные) бактерии
- 3. 2. Выращивание чистых культур метанотрофных, метилотрофных, водородных бактерий и бактерий на этиленгликоль
- 3. 3. Подготовка чувствительного элемента к эксперименту
- 3. 4. Методика приготовления чувствительных слоев бактерий
- 3. 5. Лабораторный макет сенсора
- 3. 6. Измерение методом 111 IF параметров тестируемых газов
- 3. 8. Создания прототипа биосенсора
- 3. 1. Характеристика бактерий со специфическими функциями
Список литературы
- Pockrand, J.D. Swalen, J.G. Gordon, M.R. Philpott, Surface ptasmon spectroscopy of organic monolayer assemblies, Surface Sci. 74 (1978)p.p. 237−244.
- J.G. Gordon II, S. Ernst, Surface plasmons as a probe of the electrochemical interface, Surface Sci. 101 (1980) p.p. 499−506.
- D.W. Lubbers, N. Opitz, Eine neue pC02 -bzw: p02 -Messonde zur Messung des pC02 oder p02 von Gasen und Flussigkeiten, Zeitschrift Fur Naturforschung С 30 (1975) pp. 532−533.
- A. Brecht, G. Gauglitz, Optical probes and transducers, Biosensors Bioelectron. 10 (1995) pp. 923−936.
- G. Gauglitz, Opto-Chemical and Opto-lmmuno Sensors, Sensor Update vol. 1, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1996.
- G. Boisde, A. Harmer, Chemical and biochemical sensing with optical fibers and waveguides, artech house, Boston 1996.
- C. Nylander, B. Liedberg, T. Lind, Gas detection by means of surface plasmons resonance, Sensors and Actuators 3 (1982) p.79−88.
- B. Liedberg, C. Nylander, I. LundstroE m, Surface plasmons resonance for gas detection and b’rosensing, Sensors and Actuators 4 (1983) p.299−304.
- B. Liedberg, C. Nylander, I. LundstroE m, Biosensing with surface plasmon resonance how it all started, Biosensors Bioelectron. 10 (1995).
- Валянский С.И., Виноградов С. В., Кононов М. А., Савранский В. В. Модулятор и дефлектор света на основе эффекта поверхностногоплазмонного резонанса. Известия РАН «Физика» т.63, № 10, 1999, с. 2010 -2012.
- P.I. Nikitin, А.А. Beloglazov, M.V. Valeiko, J.A. Creighton, AM. Smith, N.A. Sommerdijk, J.D. Wright, Silicon-based surface plasmon resonance chemical sensors, Sensors and Actuators В 38 (1997) p.53−57.
- Никитин Д.И., Савранский В. В. Валянский С.П., Виноградов С. В., Кононов М. А., Прохоров А. М. Сенсор на метан с чувствительным элементом из монослоя бактерий. КСФ, № 3, стр. 47 50, 1999 г.
- P.I. Nikitin, A.A. Beloglazov, V.E. Kochergin, М.А. Valeiko, T.I. Ksenevich. «Surface plasmon resonance interferometry for biological and chemical sensing». Sensors and Actuators B, Vol.54, pp. 43−50, 1999.
- В. Liedberg, I. Lundstrom, Е. Stenberg, Principles of biosensing with an extended coupling matrix and surface plasmon resonance, Sensors and Actuators В 11 (1993), pp.63−72.
- L.M. Zhang, D. Uttamchandani, Optical chemical sensing em-ployingsurface plasmon resonance, Electron. Lett. 23 (1988) 1469−1470.
- R.C. Jorgenson, S.S. Yee, A fiber-optic chemical sensor based on surface plasmon resonance, Sensors and Actuators В 12 (1993) 213−220.
- P. S. Vukusic, G.P. Bryan-Brown, J.R. Sambles, Surface plasmon resonance on grating as novel means for gas sensing, Sensors and Actuators В 8 (1992) 155−160.
- К. Matsubara, S. Kawata, S. Minami, Optical chemical sensor based on surface plasmon measurement, Appl. Opt. 27 (1988) 1160−1163.
- Jorgenson R.C., Yee S.S. Control of the dynamic-range and sensitivity of asurface plasmon resonance based fiber optic sensor. Sensors and Actuators. A. Physical. 1994, Vol 43, Iss 1−3, pp. 44−48.
- Byfield M.P., Abuknesha R.A. Biochemical aspects of biosensors. Biosensors and Bioelectronics. 1994, Vol 9, Iss 4−5, pp. 373−400.
- Striebel C., Brecht A., Gauglitz G. Characterization of biomembranes by spectral ellipsometry, surface plasmon resonance and interferometry with regard to biosensor application. Biosensors and Bioelectronics. 1994, Vol 9, Iss 2, pp. 139−146.
- Kooyman R.P.H., Vandenheuvel D.J., Drijfhout J.W., Welling G.W. The use of self-assembled receptor layers in immunosensors. Thin Solid Films. 1994, Vol. 244, Iss 1−2, pp. 913−916.
- Severs A.H., Schasfoort R.B.M. Enhanced surface-plasmon resonance inhibition test (esprit) using latex-particles. Biosensors and Bioelectronics. 1993, Vol 8, Iss 7−8, pp. 365−370.
- Brecht A., Gauglitz G. Optimized layer systems for immunosensors ased on the rifs transducer. Fresenius journal of analytical chemistry. 1994, Vol 349, Iss 5, pp. 360−366.
- Jory M.J., Vukusic P. S., Sambles J.R. Development of a prototype gas sensor using surfaoe-plasmon resonance on gratings. Sensors and actuators. B. Chemical. 1994, Vol 17, Iss 3, pp. 203−209.
- R.W. Wood, On a remarkable case of uneven distribution of light in a diffraction grating spectrum, Phil. Magm. 4 (1902), pp.396−402.
- E. Kretschmann, H. Raether, Radiative decay of non-radiative surface plasmons excited by light, Z. Naturforsch. 23A (1968), pp. 2135−2136.
- A. Otto, Excitation of surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection, Z. Physik216 (1968), pp. 398−410.
- ASommerfeld, «Uber die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie», Annalen der Physik, 1909, B.28,s.665
- ASommerfeld, «Uber die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie», Annalen der Physik, 1909, B.28,s.665
- A.Sommerfeld, Vorlesungen uber theoretische Physik, Bd.4, 32, Wiesbaden: Dieterich, 1947
- D. Pines, D. Bohm, «A Colfektive Description of Elektron Interactions», Phys. Rev., 1952, v.85,pp.338−353
- R.H.Ritchie, «Plasma Losses by Fast Elektrons in Thin Films», Phys.Rev., 1957, v.106,pp.874−881
- E.A.Stern, R.A.Ferrell, «Surface Plasma Oscillations of a Degenerate Elektron Gas», -Phys.Rev., 1960, v.120,pp.130−13 643. .E.A.Stern, R.A.Ferrell, «Predicted Radiation of Plasma Oscillations in Metal Films», Phys.Rev., 1958, v.111, pp.1214−1222
- Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на границах раздела сред. Под ред. В. М. Аграновича, Д. Л. Миллса. М. Наука, 1985.
- А.К.Никитин, А. А. Тищенко,"Поверхностные электромагнитные волны и их применение", Зарубежная радиоэлектроника, 1983, N3 с. 38−56.
- Lopez—Rios Т., Vuye F. —Surface Sci., 1979 v. 81, Nb 2.
- Gordon J. G., Swalen J. D. — Opt. Comm. 1977, v. 22,, Nb 3.
- Pockrand I. Swalen J. D. e. a. —Surface Sci., 1977, v. 74. .Nb 1.
- Pockrand I., Swalen J. D. — J. Opt. Soc. Am. 1978, v. 68, Nb 8.50.. Bruns R. Raether H. — Z. Physik, 1970, B. 237, S. 98—106.
- Weber W. H. — Phys. Rev. Lett, 1977, v. 39. .Nb 3.
- K.A. Peterlinz, R. Georgiadis, Two-color approach for determination of thickness and dielectric constant of thin films using surface plasmon resonance spectroscopy, Opt. Commun. 130 (1996) 260−266.
- Lopez—Rios Т. Vuye G. — II. Nuovo Cim., 1977, v. 39B, .Nb 2.
- H.J.Simon, D.E.Mitchell, J.G.Watson,"Surface plasmons in silver films-a novel under graduate experiment", Am. J. Physic, 1975, v.43,N7
- P.E.Ferguson, F.R.Wallis, G. Chauvet, «Surface plasma waves in the noble metals», Sur.Sci., 1979, v.82,pp.255−269
- E.T.Arakawa, M.W.Willrms, «Effect of damping on surface plasmon dispersion», Phys.Rev. Lett., 1973, v.31,pp. 1127−1129
- J.Schoenwald, E. Burstein, M. EIson, «Propagation of surface polaritons over macroscopic distances at optical frequencies», Solid State Commun., 1973, v. 12, pp. t85
- M.Fukui, V.C.Y.So, R. Normandin, «Lifetimes of surface plasmons iri thin films», Phys.Stat.Sol.(b), 1979, v.91,p.K61-K67
- Alexander R. W., Kovener G. S. e. a. — Phys. Rev. Lett., 1974, v. 32, .N (3 4.
- Agranovlch V. M. e. a. — Opt. Comm., 1974, v. 11, .Nb 2.
- Ward C. A. Alexander R. W. e. a. — Phvs. Rev. B, 1975, v. 12, Nb 8.
- Bryan D. A, Begley D. L. e. a. —Surface Sci., 1976, v. 57, .Nb 1.
- Bhasin K., Bryan D. A. e. a. — J. Chem Phys., 1976. v. 64, Nb 12.
- Hoist K., Raether H. — Opt. Comm. 1970, v. 2. Nb 7.
- Данилин Б. С. Вакуумное нанесение тонких пленок. М.: Энергия, 1967.
- Прицкевич Р. Н., Обухов В. Е., Точицский Э. И. Ионно-кластерный и автоэмиссионный методы получения пленок// Зарубежная электронная техника. 1982. Вып. 8. С. 3—26.
- Васильев В. Ю., Сухов М. С. Аппаратура и методика осаждения слоев при пониженном давлении. Обзоры по электронной технике. Сер. 7. 1985. Ч. I. Вып. 3 (1087). С. 46- Ч. II. Вып. 4 (1088). С. 52.
- Electron-cyclotron-resonans microwave plasma system for thin film deposition. S. R. Mejia, R. D. McLeod, К. С. Kao, H. C. Card. Rev. Sci. Instrum. 1986. VoL 57, N 3. pp. 49397.
- Саенко В. А. Устройства термоионного осаждения. Приборы и техника эксперимента. 1985. № 5. С. 9—21.
- Лабунов В. А., Рейссе Г. Ионно-лучевые источники для обработки поверхности твердых тел и получения тонких пленок. Зарубежная электронная техника. 1982. Вып. 1. С. 1—42.
- Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. Приборы и техника эксперимента. 1978. № 4. С. 7—18.
- Данилин Б. С., Киреев В. Ю. Получение пленок равномерной толщины при ионном распылении. Приборы и техника эксперимента. 1972. Вып. 23. С. 36—56.
- Yurasova V. Е., Eitekov V. A. Models of single crystal sputtering. Vacuum. 1982. Vol. 32, № 7. P. 399—432.
- Данилин Б. С., Киреев В. Ю., Сырчин В. К. Энергетическая эффективность процесса ионного распыления материалов и систем для его реализации. Физика и химия обработки материалов. 1979. № 2. С. 52—56.
- Плешивцев Н. В. Физические проблемы катодного распыления. М.:ИАЭ им. И. В. Курчатова. 1979. 87 с.
- Hom-ma Y., Harada S., Kaji Т. LSI Surface Leveling by RF Sputter Etching. J. Electrochem. Soc. 1979. Vol. 126. № 9. P. 1531—1533.
- Hoffman V. E., Chang H. M. Individual wafer metallization utilizing load-locked. dose coupled conical magnetron sputtering. Solid State Technol. 1981. Vol. 24, № 2. P. 105—111.
- Westwood W. D. Calculation of deposition rates in diode sputtering systems. Vac. Sci. Technol. 1978. Vol. 15. № 1, P. 1—9.
- Meyer K., Schuller 1. K., Faico С. M. Thermalization of sputtered atoms J. Appl. Phys. 1981. Vol. 52. № 9. P. 5803—5805.
- Mase H., Tanabe Т., Miyamoto G. Direct measurement of diffusion coefficients of sputtered atoms in Ar/J. Appl. Phys. 1979. Vol. 50, № 5. pp. 3684— 3686.
- Kotani H., Yakushiji H., Harada H. e. a. Sputter etching planarization for multilevel metallization. Electrochem. Soc. 1983. Vol. 130, № 3. pp. 645—648.
- Eschwei M., Gottfried S. Sputter-etch plus evaporated film technique for inexpensive reliable ohmic contacts to silicon devices. Vac. Sci. Technol. 1977. Vol. 14, № 5. pp. 1214—1216.
- McLeod P. S., Hughes J. L. Effect of sputter etching and process techniques on properties of sputtered alminium films. J. Vac. Sci. Technol. 1979. Vol. 16, № 2. pp. 369—376.
- Gamag J., Tazima T. Discharge cleaning experiment in IFT-2 Tokamak which surface observation by AES. J. Vac. Sci. Technol. 1978. Vol. 15, № 1. pp. 103— 107.
- Лабунов В. А., Данилович H. И., Громов В. В. Многопучковые ионные источники для систем ионного травления — распыления. Зарубежная электронная техника. 1982. Вып. 5. С. 82—120.
- Лабунов В. А., Рейссе Г. Ионно-лучевые источники для обработки поверхности твердых тел и получения тонких пленок. Зарубежная электронная техника. 1982. Вып. 1. С. 1—42.
- Oberleithner //., Giebisch G., Geibel J. (1993) European Journal of Phisiology. 425. p.p. 506−510
- Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы, М.: Радио и связь, 1982. 72 с.
- Корчагина М. Н., Савенков Н. В., Корчагин Б. В. Математическое моделирование рабочих характеристик магнетронных систем ионного распыления. Электронная техника. Сер. 1. 1986. Вып. 1 (385). С. 62—63.
- Данилин Б. С., Киреев В. Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. М.: Энергоатомиздат, 1987.
- Физика и технология источников ионов. Под Ред. Я. Брауна, Москва. 1998.
- С. D. Child. Phys. Rev. (Ser 1) 32,492(1911)
- I. Langmuir and К. T. Compton, Rev. Mod. Phys. 3,251(1931)
- Hertel P. —Surface Sci, 1977, v. 69, № 1.
- H. Raether, Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings, Springer-Verlag, Berlin, 1988.
- Hoist K, Raether H. — Opt. Comm. 1970, v. 2. № 7.
- Зигмунд П. Распыление ионной бомбардировкой, общие теоретические представления. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: Сб. статей. Под ред. Р. Бериша: Пер. с англ. Под ред. В. А. Молчанова.
- Вып. 1. Физическое распыление одноэлементных твердых тел. М.: Мир, 1984-
- Вып. 2. Распыление сплавов и соединений, распыление под действием электронов и нейтронов, рельеф поверхности. М.: Мир, 1986.
- Pockrand 1. —Surface Sci., 1978. v. 72, .Nb 2.
- S’rpe J. E. — Sol. St. Comm. 1980, v. 33. .Nb 1.
- J.M. Phelps, D M. Taylor, Determining the relative permittivity and thickness of a lossless dielectric overlayer on a metal film using optically excited surface plasmon polaritons, J. Phys. D. Applied Physics. 29. (1996). pp. 1080−1087.
- Simon H. J., MitcheU D. E. Watson J. G. — Am. J. Phys., 1975, v. 43, № 7.
- Chen W. P., Chen J. M. — J. Opt. Soc. Am., 1981, v. 71, № 2.
- Ferguson P. E" Wallis F. R. Chauvet G. —SurfaceSci. 1979, v. 82, № 1.
- Котык А, Явчек К. Мембранный транспорт. М. МИР. 1980. с, 143, 280−281.
- Биологический энциклопедический словарь. М. МИР. 1986. с. 72. 501.
- Брода Э. Эволюция биоэнергетических процессов. М.МИР. 1978. с.21−24
- Биология метанобразующих и метанокисляющих микроорганизмов. Киев. Наумова Думка-1993. с. 86−167.
- Hanson P. Haraon Т. Methanotrophic bacteria. Microbiologacal Reviews. 1996. V60 № 2. P. 438−471
- Anthony C. The biochemistry of methylotrophs.—New York- London: Acad press, 1982.—404 p.
- Anthony C., Zatman L. J. The microbial oxidation of methanol. 2. The methanol-oxidizing enzyme of Pseudomonas sp. M27. Biochem. J.—1964.—92. N3 — P. 614—621.
- Заварзин Г. А. Водородные бактерии и карбоксидобактерии. М, наука, 1978. с. 10−31.
- Слабова А. И. Никитин Д. И. Использование водорода и этилена олиготрофными бактериями. Микробиология. 1986. Т. 55. № 6. С. 934−937.
- Волоева Т. Г. Терсков И.А. Сидько Ф. Я. Микробиологический синтез на водороде. Наука. Сибирское отделение. 1985. С.4−5.
- Считаю своим долгом выразить благодарность своему научному руководителю, заведующему лабораторией лазерной биофизики, старшему научному сотруднику Валерию Васильевичу Савранскому.
- Я также глубоко признателен доктору биологических наук, профессору, заведующему лабораторией олиготрофных микроорганизмов Института микробиологии РАН Деонисию Ивановичу Никитину за помощь в проведении экспериментов.