رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) یک پدیده فیزیکی است که در سطح فلزات با الکترون‌های آزاد رخ می‌دهد. وقتی نور با زاویه و طول موج مشخص به سطح فلز برخورد می‌کند، الکترون‌های آزاد سطح که به آنها پلاسمون گفته می‌شود می‌توانند با نور تعامل کنند و یک موج پلاسمون سطحی ایجاد شود. این تعامل منجر به کاهش بازتاب نور در یک زاویه یا طول موج مشخص می‌شود که به‌راحتی قابل اندازه‌گیری است.
اصول کار SPR
- پلاسمون سطحی: الکترون‌های آزاد در فلزات نجیب مانند طلا یا نقره می‌توانند با نور هماهنگ شده و موجی الکترومغناطیسی روی سطح فلز تشکیل دهند.
- زاویه رزونانس: وقتی فرکانس نور با فرکانس پلاسمون سطحی مطابقت پیدا کند، بازتاب نور کاهش می‌یابد. این کاهش بازتاب دقیقاً نشان‌دهنده تغییرات محیط نزدیک سطح فلز است.
- اندازه‌گیری تغییرات محیطی: کوچک‌ترین تغییر در ضریب شکست محیط نزدیک فلز (مثل اتصال مولکول‌ها یا تغییر غلظت) باعث تغییر زاویه یا طول موج رزونانس می‌شود. این ویژگی SPR را به ابزاری بسیار حساس برای تشخیص و سنجش بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی تبدیل می‌کند.
کاربردهای SPR
1 – حسگرهای زیستی و شیمیایی: تشخیص پروتئین‌ها، DNA، ویروس‌ها و مولکول‌های کوچک با حساسیت بالا و بدون نیاز به برچسب‌های فلورسانس یا رنگی.
2 – تحقیقات دارویی: مطالعه تعامل بین دارو و گیرنده، یا بررسی اتصال آنزیم‌ها به سوبستراها.
3 – تحلیل مواد: بررسی لایه‌های نازک، فیلم‌های نانو و پوشش‌های سطحی.
4 – میکروسیال و : Lab-on-Chip ادغام SPR با تراشه‌های میکروفلوئیدیک برای توسعه دستگاه‌های حسگر قابل حمل و سریع.
مزایا و محدودیت‌ها
- مزایا: حساسیت بسیار بالا، امکان اندازه‌گیری در زمان واقعی (Real-time)، عدم نیاز به برچسب‌های شیمیایی، قابلیت تحلیل اتصال مولکول‌ها با دقت نانو.
- محدودیت‌ها: نیاز به تجهیزات دقیق و کالیبراسیون منظم، حساسیت زیاد به شرایط دمایی و محیطی، و محدودیت در اندازه‌گیری نمونه‌های ضخیم یا کدر
SPR و نرم‌افزارهای تحلیلی
برای تحلیل داده‌های SPR معمولاً از نرم‌افزارهایی مانند BIAevaluation یا TraceDrawer استفاده می‌شود. این ابزارها کمک می‌کنند که تغییرات زاویه یا شدت بازتاب نور به منحنی‌های اتصال مولکولی، نرخ واکنش و ثابت‌های وابستگی تبدیل شود. در پژوهش‌های پیشرفته، ترکیب SPR با شبیه‌سازی‌های نانویی و نرم‌افزارهایی مانند COMSOL Multiphysics یا Lumerical FDTD امکان طراحی حسگرهای SPR با دقت بالا و پیش‌بینی پاسخ آنها را فراهم می‌کند.
جمع‌بندی
SPR یک روش فوق‌العاده حساس و دقیق برای سنجش تغییرات محیطی در سطح فلزات است که کاربردهای وسیع در زیست‌فناوری، داروسازی و علوم مواد دارد. این تکنیک با تحلیل تغییرات نور بازتابی ناشی از رزونانس پلاسمون سطحی، امکان اندازه‌گیری بدون برچسب و در زمان واقعی را فراهم می‌کند و به پژوهشگران و مهندسان کمک می‌کند تا تعامل مولکول‌ها و مواد را با دقت نانومتری بررسی کنند.
