Лопатинський А. М. Особливості оптичного відгуку в оптоелектронних біосенсорах на основі поверхневого плазмонного резонансу

Дисертаційна робота присвячена дослідженню процесів формування оптичного відгуку багатошарових тонкоплівкових структур (чутливих елементів біосенсора на основі поверхневого плазмон-поляритонного резонансу (ПППР)) під дією зовнішніх факторів та багатошарових нанорозмірних структур типу "ядро-оболонка" (чутливих елементів біосенсора на основі локалізованого поверхневого плазмонного резонансу (ЛППР)) в залежності від геометричних та оптичних параметрів системи, а також розробці макету портативного біосенсора для біомолекулярного виявлення та реєстрації кінетики біомолекулярних реакцій в режимі реального часу. В основу розробки було покладено явище ЛППР у наночастинках золота та наноструктурах типу "ядро-оболонка". Розроблено модель для розрахунку оптичного відгуку ПППР-сенсора на прикладання зовнішнього електричного потенціалу до межі поділу золото-електроліт. Виявлено залежність ступеню адсорбції біомолекул у ПППР-біосенсорі від значення прикладеного електричного потенціалу. Розроблено новий підхід для моделювання оптичного відгуку ЛППР-біосенсора на сферичних наночастинках золота. Продемонстровано новий підхід до розрахунку зміщення спектру екстинкції по довжини хвилі для максимального ЛППР-відгуку. Виявлено підсилення зміщення положення максимуму піку у спектрі екстинкції біосенсора від 2 до 15 разів при зближенні піку ЛППР у спектрі екстинкції наночастинки та піку у спектрі поглинання покриття в порівнянні з випадком, коли ці резонансні піки рознесені по шкалі довжин хвиль. Показано залежний від хімічної структури та заряду молекули аналіту ступінь агрегації наночастинок золота та розроблено нову модель агрегатного стану колоїдного розчину наночастинок золота. Продемонстровано можливість збудження ЛППР та використання в якості чутливих елементів ЛППР-біосенсора у впорядкованих масивів наноструктур золота, виготовлених за допомогою технології наноімпринт-літографії, на довжинах хвиль падаючого світла від 600 до 1000 нм, що регулюється геометричними параметрами наноструктур та поляризацією падаючого світла. Виготовлено макет сенсорного ЛППР-приладу "НаноПлазмон-003", який дозволяє проводити вимірювання як зразків колоїдних розчинів наночастинок у стандартних спектрофотометричних комірках, так і масивів наноструктур на скляних чіпах, зокрема у проточному режимі.