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근접장-분자반응 간의 중첩을 이용한 표면 플라스몬 공명 센서 감도 평가에 관한 연구

Near-field Evaluation of Surface Plasmon Resonance Biosensor Sensitivity Based on the Overlap Between Field and Target Distribution

류연수|김동현|손태황
한국광학회|2013.04|한국광학회지 (Korean Journal of Optics and Photonics)|제24권 제2호|pp. 86-91

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본 논문에서는 근접장-분자반응 간의 중첩을 이용한 표면 플라스몬 공명 (SPR) 바이오센서의 측정감도 평가방법을 연구하였다. 전달행렬 방법을 사용하여 다양한 형태의 중첩적분으로 정의된 광학자취 값을 계산하였고, 샌드위치 및 역샌드위치 면역글로뷸린 (IgG) 어세이에 대해서 실험적으로 측정된 수치와 비교하였다. 이론 및 실험적인 결과와의 비교를 통하여 접선 방향의 전기장을 사용한 광학자취의 경우 그 연속성으로 말미암아 가장 높은 상관계수를 얻을 수 있었으며 이때 광학자취와 측정감도 사이에 97% 이상의 높은 상관계수가 존재함을 보았다. 이러한 상관관계는 SPR 바이오센서의 측정 감도에 관한 메커니즘을 분명하게설명하며, 분자 스케일 감도를 가지는 SPR 바이오센서 개발에 기여하게 될 것이다.

Abstract

In this study, we have investigated the correlation of far-field detection sensitivity of surface plasmon resonance (SPR) biosensorswith optical signatures associated with the near-field overlap of biomolecules. The results confirm a direct relation between thefar-field and near-field parameters, particularly for optical signatures defined in terms of lateral electric field components that aretangential to the interface and thus continuous across the interface. The overall correlation between near-field optical signaturesand far-field resonance shift exceeded 97%. The results can be highly useful to evaluate detection sensitivity of SPR biosensorsthat take advantage of complex structures for localization of surface waves.

참고문헌 (34)

  1. S. Kubitschko, "Sensitivity enhancement of optical immunosensors with nanoparticles", Anal. Biochem, 253, pp.112~122 (1997)
  2. L. He, "Colloidal Au-enhanced surface plasmon resonance for ultrasensitive detection of DNA hybridization", J. Am. Chem. Soc, 122, pp.9071~9077 (2000)
  3. S. Moon, "Grating-based surface plasmon resonance detection of core-shell nanoparticle mediated DNA hybridization", Biosens. Bioelectron, 32, pp.141~147 (2012)
  4. B. Sepúlveda, "Highly sensitive detection of biomolecules with the magneto-optic surface-plasmon-resonance sensor", Opt. Lett, 31, pp.1085~1087 (2006)
  5. J. Oh, "Carbon nanotube-based dual mode biosensor for electrical and surface plasmon resonance measurements", Nano Lett, 10, pp.2755~2760 (2010)
  6. P. P. Markowicz, "Phase-sensitive time-modulated surface plasmon resonance polarimetry for wide dynamic range biosensing", Opt. Express, 15, pp.1745~1754 (2007)
  7. H. P. Ho, "Sensitivity enhancement based on application of multi-pass interferometry in phase-sensitive surface plasmon resonance biosensor", Opt. Commun, 275, pp.491~496 (2007)
  8. A. R. Halpern, "Surface plasmon resonance phase imaging measurements of patterned monolayers and DNA adsorption onto microarrays", Anal. Chem, 83, pp.2801~2806 (2011)
  9. K. M. Byun, "Design study of highly sensitive nanowire-enhanced surface plasmon resonance biosensors using rigorous coupled wave analysis", Opt. Express, 13, pp.3737~3742 (2005)
  10. K. M. Byun, "Experimental study of sensitivity enhancement in surface plasmon resonance biosensors by use of periodic metallic nanowires,”", Opt. Lett, 32, pp.1902~1904 (2007)
  11. L. Malic, "Enhanced surface plasmon resonance imaging detection of DNA hybridization an periodic gold nanoposts", Opt. Lett, 32, pp.3092~3094 (2007)
  12. K. Kim, "Localized surface plasmon resonance detection of layered biointeractions on metallic subwavelength nanogratings", Nanotechnol, 20, pp.315501~ (2009)
  13. H. Yu, "Enhanced detection of virus particles by nanoisland-based localized surface plasmon resonance", Biosens. Bioelectron, 41, pp.249~255 (2013)
  14. K. Kim, "Nanoislands-based random activation of fluorescence for visualizing endocytotic internalization of adenovirus", Small, 6, pp.1293~1299 (2010)
  15. K. Kim, "Plasmonics-based spatially activated light microscopy for super-resolution imaging of molecular fluorescence", Opt. Lett, 35, pp.3501~3503 (2010)
  16. K. Kim, "Nanoscale localization sampling based on nanoantenna arrays for super-resolution imaging of fluorescent monomers on sliding microtubules", Small, 8, pp.892~900 (2012)
  17. K. M. Byun, "Effect of target localization on the sensitivity of a localized surface plasmon resonance biosensor based on subwavelength nanostructures", J. Opt. Soc. Am, A 26, pp.1027~1034 (2009)
  18. X. D. Hoa, "Enhanced SPR response from patterned immobilization of surface bioreceptors on nano-gratings", Biosens. Bioelectron, 24, pp.3043~3048 (2009)
  19. K. Ma, "Target-localized nanograting-based surface plasmon resonance detection toward label-free molecular biosensing", IEEE J. Select. Topics Quantum Electron, 16, pp.1004~1014 (2010)
  20. 이원주, "생체분자와 필드의 동시국소화를 통한 플라스몬 센서의 감도향상 연구", 한국광학회지, 22(4), pp.198~203 (2011), 한국광학회
  21. 한철웅, "유전체 판과 금속 나노선 사이에 구속된 표면 플라즈몬 모드", 한국광학회지, 22(6), pp.269~275 (2011), 한국광학회
  22. Y. Kim, "Nanogap-based dielectric-specific colocalization for highly sensitive surface plasmon resonance detection of biotinstreptavidin interactions", Appl. Phys. Lett, 101, pp.233701~ (2012)
  23. Y. Oh, "Co-localization of gold nanoparticle-conjugated DNA hybridization for enhanced surface plasmon detection using nanograting antennas", Opt. Lett, 36, pp.1353~1355 (2011)
  24. A. Shalabney, "Electromagnetic fields distribution in multilayer thin film structures and the origin of sensitivity enhancement in surface plasmon resonance sensors", Sens. Actuators, 159, pp.24~32 (2010)
  25. N.-H. Kim, "Correlation analysis between plasmon field distribution and sensitivity enhancement in reflection- and transmission-type localized surface plasmon resonance biosensors", Appl. Opt, 50, pp.4982~4988 (2011)
  26. W. Lee, "Field-matter integral overlap to estimate the sensitivity of surface plasmon resonance biosensors", J. Opt. Soc. Am, A 29, pp.1367~1376 (2012)
  27. Y. Ryu, "An experimental correlation study between field-target overlap and sensitivity of surface plasmon resonance biosensors based on sandwiched immunoassays", Opt. Commun, 285, pp.4626~4631 (2012)
  28. F. Vollmer, "Whispering-gallery-mode biosensing: labelfree detection down to single molecules", Nature Methods, 5, pp.591~596 (2008)
  29. E. D. Palik, "Handbook of Optical Constants of Solids" (1985), Academic Press
  30. J. Vörös, "The density and refractive index of adsorbing protein layers", Biophys. J, 87, pp.553~561 (2004)
  31. C. Preininger, "Characterization of IgG Langmuir–Blodgett films immobilized on functionalized polymers", Talanta, 52, pp.921~930 (2000)
  32. A. J. A. El-Haija, "Effective medium approximation for the effective optical constants of a bilayer and a multilayer structure based on the characteristic matrix technique", J. Appl. Phys, 93, pp.2590~2594 (2003)
  33. N. J. Geddes, "Immobilisation of IgG onto gold surfaces and its interaction with a-h-IgG studied by surface plasmon resonance", J. Immunol. Methods, 175, pp.149~160 (1994)
  34. A. K. Ghatak, "Optical Electronics" (1989), Cambridge University Press

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