ES2363955A1 - Method for the analysis of the refractive index of a dielectric medium adjacent to a plasmonic medium, and corresponding device - Google Patents

Method for the analysis of the refractive index of a dielectric medium adjacent to a plasmonic medium, and corresponding device Download PDF

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ES2363955A1 ES201030166A ES201030166A ES2363955A1 ES 2363955 A1 ES2363955 A1 ES 2363955A1 ES 201030166 A ES201030166 A ES 201030166A ES 201030166 A ES201030166 A ES 201030166A ES 2363955 A1 ES2363955 A1 ES 2363955A1
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

Abstract

The method comprises the steps of directing light from a light source (1) towards a plasmonic medium to excite a superficial plasmon resonance, and analysing light from said plasmonic medium (4). A laser diode is used as light source (1), the wavelength of the light emitted by the laser diode being periodically varied. The invention moreover relates to a corresponding device.

Description

Método para el análisis del índice de refracción de un medio dieléctrico adyacente a un medio plasmónico, y dispositivo correspondiente.Method for refractive index analysis of a dielectric medium adjacent to a plasmonic medium, and corresponding device.

Campo técnico de la invenciónTechnical Field of the Invention

La invención se engloba en el campo de la detección de cambios en los índices de refracción de medios dieléctricos, basada en el fenómeno de la resonancia de plasmón superficial (por ejemplo, SPR o LSPR).The invention is included in the field of detection of changes in media refractive indexes dielectrics, based on the phenomenon of plasmon resonance superficial (for example, SPR or LSPR).

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Es conocida la detección de cambios índices de refracción en medios dieléctricos adyacentes a una superficie metálica mediante la detección de la Resonancia de Plasmón Superficial (SPR por sus siglas en inglés: "Surface Plasmón Resonance"), incluyendo variantes como la resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR).The detection of index changes of refraction in dielectric media adjacent to a surface metal by detecting Plasmon Resonance Superficial (SPR): "Surface Plasmon Resonance "), including variants such as plasmon resonance localized surface (LSPR).

Una onda de plasmón superficial es una onda electromagnética transversal magnética que se propaga en la intercara de un metal y un dieléctrico cuando el metal se comporta de forma parecida a un gas de electrones libres. La onda de plasma está caracterizada por un vector de propagación (vector de ondas) que define las condiciones necesarias para poder ser excitada. Si el medio metálico y el dieléctrico son semi-infinitos, el vector k_{SP} de propagación del plasmón viene dado por la siguiente expresión:A surface plasmon wave is a wave magnetic transverse electromagnetic that propagates in the intercalates of a metal and a dielectric when the metal behaves similar to a free electron gas. Plasma wave It is characterized by a propagation vector (wave vector) which defines the necessary conditions to be excited. If he metallic medium and dielectric are semi-infinite, the plasmon propagation vector k_ {SP} is given by the following expression:

1one

donde \lambda es la longitud de onda y n_{m} y n_{d} son, respectivamente, los índices de refracción del metal y del dieléctrico (y \varepsilon_{m} y \varepsilon_{d} son sus constantes dieléctricas, con n=\sqrt{\varepsilon}).where \ lambda is the length of wave and n_ {m} and n_ {d} are, respectively, the indices of refraction of metal and dielectric (y ε m) and \ varepsilon_ {d} are its dielectric constants, with n = \ sqrt {\ varepsilon}).

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

Para que se produzca el fenómeno de resonancia de plasmón es necesario queFor the resonance phenomenon to occur of plasmon it is necessary that

- la parte real de la constante dieléctrica del metal sea negativa, Re[\varepsilon_{m}]<0,- the real part of the dielectric constant of the metal is negative, Re [\ varepsilon_ {m}] <0,

- que Re[\varepsilon_{d}]<-Re[\varepsilon_{m}],- that Re [\ varepsilon_ {d}] <- Re [\ varepsilon_ {m}],

- y que la onda producida sea transversal magnética (TM).- and that the wave produced is transverse magnetic (TM).

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Estas condiciones se cumplen para diversos metales, entre los cuales los más utilizados son el oro y la plata. El campo electromagnético de una onda de plasma superficial está caracterizado por tener la máxima intensidad en la intercara del metal y del dieléctrico y un decaimiento exponencial en ambos medios, tal y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 1 (esta figura ilustra el decaimiento exponencial de la onda en la intercara del metal 1001 y del medio dieléctrico 1002).These conditions are met for various metals, among which the most used are gold and silver. The electromagnetic field of a surface plasma wave is characterized by having the maximum intensity in the interface of the metal and dielectric and an exponential decay in both means, as schematically illustrated in Figure 1 (this Figure illustrates the exponential decay of the wave in the intercara of metal 1001 and dielectric medium 1002).

Como consecuencia, la excitación de la onda de plasma superficial va a depender fuertemente de la constante dieléctrica (o índice de refracción) del medio dieléctrico.As a consequence, the excitation of the wave of surface plasma will depend heavily on the constant dielectric (or refractive index) of the dielectric medium.

Hay distintas formas de excitar estás ondas superficiales, por ejemplo, con electrones o con luz. Sin embargo, la excitación de esta onda de plasmón superficial no puede realizarse incidiendo directamente con luz sobre el metal. Esto se debe a que el vector de ondas de la luz viene dado por la siguiente expresión:There are different ways to excite these waves superficial, for example, with electrons or with light. But nevertheless, the excitation of this surface plasmon wave cannot be carried out directly with light on the metal. This is because the wave vector of light is given by the following expression:

22

siendo \theta el ángulo de incidencia de la luz y \lambda la longitud de onda. Para que se produzca la excitación es necesario que ambos vectores de ondas sean iguales. Si comparamos los vectores de ondas del plasmón y de la luz se cumple que, para cualquier ángulo de incidencia de la luz:where? the angle of incidence of light and λ wavelength. So that produce excitation it is necessary that both wave vectors be same. If we compare the plasmon and light wave vectors it is true that, for any angle of incidence of the light:

33

Para poder excitar con luz el plasmón superficial se utilizan distintas técnicas, entre las que cabe destacar:To be able to excite the plasmon with light superficial different techniques are used, including highlight:

a) Acoplamiento con prisma (ilustrado de forma esquemática en la Figura 2): se utiliza un prisma 1003 con un índice de refracción n_{p} y constante dialéctrica \varepsilon_{p} mayor que los del medio dieléctrico 1002 en el que se van a producir los cambios ópticos (\varepsilon_{p}>\varepsilon_{d}), y una lámina o capa metálica 1001 delgada con un espesor determinado (que depende de la longitud de onda de la luz y del metal utilizado) interpuesta entre el prisma 1003 y el medio dieléctrico 1002. En la Figura 2, k_{x0} es la componente del vector de ondas de la luz en el aire paralela a la superficie de reflexión (y \varepsilon_{0} es la constante dieléctrica del aire), k_{xp} es la componente del vector de ondas de la luz en el prisma paralela a la superficie de reflexión (y \varepsilon_{p} es la constante dieléctrica del prisma), y k_{SP} es el vector de propagación del plasmón.a) Prism coupling (illustrated in shape schematic in Figure 2): a prism 1003 with an index is used of refraction n_ {p} and dialectic constant \ varepsilon_ {p} greater than those of the dielectric medium 1002 in which they will be produced the optical changes (\ varepsilon_ {p}> \ varepsilon_ {d}), and a thin sheet or metal layer 1001 with a determined thickness (which depends on the wavelength of the light and the metal used) interposed between prism 1003 and dielectric medium 1002. In the Figure 2, k_ {x0} is the component of the light wave vector in the air parallel to the reflection surface (and \ varepsilon_ {0} is the dielectric constant of air), k_ {xp} is the component of vector of light waves in the prism parallel to the surface of reflection (y?) is the dielectric constant of prism), and k_ {SP} is the plasmon propagation vector.

La excitación se realiza mediante la reflexión interna total de la luz en la intercara entre el prisma y el metal, y el plasmón se genera en la intercara del metal y del medio dieléctrico en el que se va a realizar la medida. En esta configuración, el espesor de la capa metálica es un parámetro esencial para poder observar la resonancia de plasmón. El espesor óptimo puede calcularse con diversos métodos, por ejemplo, a través del formalismo descrito en la publicación M. Shubert, Polarization-dependent optical parameters of arbitrarily anisotropic homogeneous layered media, Physical Review B, vol. 53, p. 4265 (1996).The excitation is carried out by means of the total internal reflection of the light in the interface between the prism and the metal, and the plasmon is generated in the interface of the metal and the dielectric medium in which the measurement is to be carried out. In this configuration, the thickness of the metallic layer is an essential parameter to be able to observe the plasmon resonance. The optimum thickness can be calculated by various methods, for example, through the formalism described in the publication M. Shubert, Polarization-dependent optical parameters of arbitrarily anisotropic homogeneous layered media , Physical Review B, vol. 53, p. 4265 (1996).

b) Diseñando una estructura periódica, como una rejilla, en la capa metálica. De esta manera se produce un fenómeno de difracción de la luz que incide sobre la estructura periódica, y que lleva a un incremento en el vector de ondas de la luz:b) Designing a periodic structure, such as a grid, in the metallic layer. In this way a phenomenon occurs of diffraction of the light that affects the periodic structure, and which leads to an increase in the vector of light waves:

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donde \Lambda es el periodo de la estructura periódica y N es el orden de difracción de la luz. Con este método el espesor de la capa metálica no es un parámetro muy importante, sin embargo, si serán importantes el periodo y profundidad de las estructuras periódicas.where \ Lambda is the period of the periodic structure and N is the order of diffraction of light. With this method the thickness of the metal layer is not a very parameter important, however, if the period will be important and structures depth periodic.

c) Mediante luz guiada en una guía de ondas o en una fibra óptica. La excitación se realiza a través del campo evanescente de la luz confinada en el núcleo de la guía o de la fibra óptica.c) Through guided light in a waveguide or in an optical fiber The excitation is done across the field evanescent of the light confined in the core of the guide or of the optical fiber.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

Estas maneras de excitar el plasmón superficial mediante la incidencia de luz son convencionalmente utilizadas (tal vez, sobre todo el sistema basado en acoplamiento con prisma) en sistemas de medición/detección de cambios en los índices de refracción de medios dieléctricos.These ways to excite surface plasmon through the incidence of light they are conventionally used (such time, especially the system based on coupling with prism) in measurement / detection systems for changes in the rates of refraction of dielectric media.

Estos sistemas de medición y detección se basan en el hecho de que la condición de excitación de la resonancia de plasmón depende del índice de refracción, n_{d} del medio dieléctrico. Esto implica que si cambia el índice de refracción cambiará la condición de excitación del plasmón. Este cambio en la condición de resonancia se puede detectar de distintas maneras, por ejemplo, analizando la luz reflejada por la capa metálica en función del ángulo de incidencia de la luz, manteniendo la longitud de onda fija, y en una configuración de acoplamiento con prisma.These measurement and detection systems are based in the fact that the condition of excitation of the resonance of plasmon depends on the refractive index, n d of the medium dielectric. This implies that if the refractive index changes Plasmon excitation condition will change. This change in resonance condition can be detected in different ways, by example, analyzing the light reflected by the metallic layer as a function of the angle of incidence of the light, maintaining the wavelength fixed, and in a prism coupling configuration.

La Figura 3A ilustra una configuración conocida para la detección de cambios del índice de refracción de un medio dieléctrico, que comprende una fuente de luz 1004 monocromática con polarización transversal magnética (también conocida como "polarización TM" o "polarización p", es decir, con el campo eléctrico dentro del plano de incidencia de la luz), un detector de intensidad de luz 1005 conectado a medios de procesamiento electrónico de datos 1006 configurados para analizar las señales a la salida del detector de intensidad de luz 1005. Además, la configuración comprende un prisma 1003 de acoplamiento, una fina capa metálica 1001 (típicamente, de oro) situada sobre una superficie del prisma 1003 y, en el otro lado de la capa metálica, es decir, en contacto con la superficie de la capa metálica que no está en contacto con el prisma, el medio dieléctrico 1002 (por ejemplo, un fluido). La luz 1007 se refleja al incidir sobre la capa metálica y la luz reflejada incide sobre el detector de luz 1005, que detecta su intensidad, la cual es registrada por los medios de procesamiento electrónico de datos 1006.Figure 3A illustrates a known configuration for the detection of changes in the refractive index of a medium dielectric, comprising a monochromatic light source 1004 with magnetic cross polarization (also known as "TM polarization" or "p polarization", that is, with the electric field within the plane of incidence of light), a 1005 light intensity detector connected to media 1006 electronic data processing configured to analyze the signals at the output of the light intensity detector 1005. In addition, the configuration comprises a coupling prism 1003, a thin metallic layer 1001 (typically, of gold) located on a surface of prism 1003 and, on the other side of the metal layer, that is, in contact with the surface of the metal layer that does not is in contact with the prism, the dielectric medium 1002 (for example, a fluid). Light 1007 is reflected when the layer strikes metallic and the reflected light strikes the light detector 1005, which detects its intensity, which is recorded by the means of electronic data processing 1006.

La Figura 3B refleja, de forma esquemática, cómo el prisma 1003 y la capa metálica 1001 pueden ser girados con respecto a la fuente de luz 1004, de manera que varíe el ángulo \theta de incidencia de la luz 1007 (esto se puede hacer desplazando la fuente de luz y/o el conjunto constituido por prisma 1003 y capa metálica 1001).Figure 3B schematically reflects how the prism 1003 and the metallic layer 1001 can be rotated with with respect to the light source 1004, so that the angle varies the of incidence of light 1007 (this can be done displacing the light source and / or the set consisting of prism 1003 and metallic layer 1001).

Tal y como se desprende de lo explicado más arriba, la condición de excitación del plasmón con luz depende de varios factores, entre ellos, de la longitud de onda de la luz, del ángulo de incidencia \theta y del índice de refracción n_{d}. Si con la configuración ilustrada se parte de un ángulo de incidencia \theta pequeño y se va aumentando este ángulo, se llega a un momento en el que se produce una reflexión total de la luz en la intercara entre el prisma 1003 y la lámina o capa de metal 1001. A partir de ese ángulo, si se sigue aumentando el ángulo de incidencia \theta, se produce una fuerte disminución de la intensidad reflejada, hasta llegar a un mínimo, que coincide con la excitación de la onda de plasma superficial en la otra intercara del metal. Dado que la condición de excitación de la resonancia de plasmón depende tanto del ángulo de incidencia \theta como del índice de refracción (n_{d}) del medio dieléctrico, si las otras variables se mantienen constantes (por ejemplo, la constante dieléctrica \varepsilon_{m} y otras características de la capa de metal, la longitud de onda de la luz, etc.), un cambio en el índice de refracción (n_{d}) del medio dieléctrico corresponderá a un cambio en el ángulo de incidencia \theta para el cual se produce un mínimo en la intensidad de la luz reflejada.As it follows from the explained more above, the condition of plasmon excitation with light depends on several factors, including the wavelength of light, the angle of incidence the and refractive index n_ {d}. Yes with the configuration illustrated, it starts from an angle of incidence small? and this angle is increased, it reaches a moment in which a total reflection of light occurs in the intercalates between prism 1003 and sheet or metal layer 1001. A from that angle, if the incidence angle continues to increase the, there is a sharp decrease in intensity reflected, until reaching a minimum, which coincides with the excitation of the surface plasma wave at the other side of the metal. Since the condition of excitation of plasmon resonance depends on both the angle of incidence? and the index of refraction (n_ {d}) of the dielectric medium, if the other variables they remain constant (for example, the dielectric constant \ varepsilon_ {m} and other characteristics of the metal layer, the wavelength of light, etc.), a change in the rate of refraction (n_ {d}) of the dielectric medium will correspond to a change at the angle of incidence? for which a minimum in the intensity of the reflected light.

La Figura 4 refleja dos curvas que relacionan la intensidad R_{pp} de la luz reflejada con polarizatión TM (medida con el detector 1005 de la configuración descrita más arriba) en función del ángulo de incidencia \theta, para dos índices de refracción (n_{d1},n_{d2} con n_{d1}<n_{d2}) diferentes. Tal y como se puede observar, el aumento del índice de refracción desde n_{d1} hasta n_{d2} se refleja en un cierto desplazamiento hacia la derecha en el diagrama de la curva R_{pp} (\theta) debido al aumento del ángulo de incidencia para el que se produce la excitación del plasmón. De esta manera, haciendo barridos de \theta, se puede detectar el cambio en el ángulo para el que se produce la excitación del plasmón y relacionar dicho cambio con las variaciones del índice de refracción del medio dieléctrico 1002.Figure 4 reflects two curves that relate the intensity R_ {pp} of the reflected light with polarization TM (measured with detector 1005 of the configuration described above) in incidence angle function? for two indices of different refraction (n_ {d1}, n_ {d2} with n_ {d1} <n_ {d2}). As can be seen, the increase in refractive index from n_ {d1} to n_ {d2} is reflected in a certain displacement to the right in the diagram of the curve R_ {pp} (\ theta) due to the increase in the angle of incidence for which the plasmon excitation. In this way, making sweeps of the, the change in the angle for which it is detected can be detected produces plasmon excitation and relate this change to the Variations in the refractive index of the dielectric medium 1002.

Es decir, la cuantificación del desplazamiento del ángulo para el que se produce la resonancia proporciona una medida del cambio de índice de refracción.That is, displacement quantification of the angle for which the resonance occurs provides a measurement of the refractive index change.

Por otro lado, la sensibilidad con la que se puedan detectar estos cambios de ángulo de resonancia depende de lo estrecha que sea esa curva de resonancia. Cuanto más estrecha, mayor será la sensibilidad, y eso va a depender, en este caso, del metal utilizado, del espesor de la capa y de la longitud de onda de la luz. Una configuración que se suele utilizar habitualmente es una capa de 50 nm de oro y luz con una longitud de onda de 632 nm.On the other hand, the sensitivity with which can detect these resonance angle changes depends on what narrow that resonance curve. The narrower, the greater it will be the sensitivity, and that will depend, in this case, on the metal used, the thickness of the layer and the wavelength of the light. A configuration that is usually used is a 50 nm layer of gold and light with a wavelength of 632 nm.

Una forma alternativa de detectar cambios en el índice de refracción puede consistir en mantener el ángulo de incidencia \theta constante y medir los cambios en la reflectividad (en el caso de la Figura 4, si se opta por mantener el ángulo de incidencia \theta=72 grados, un aumento del índice de refracción de n_{d1} a n_{d2} se detectaría como un aumento de la reflectividad, etc.). Igualmente que en el caso anterior, la sensibilidad del sensor depende de lo estrecho que sea el pico de resonancia.An alternative way to detect changes in the refractive index can consist of maintaining the angle of constant the incidence and measure changes in the reflectivity (in the case of Figure 4, if you choose to keep the angle of incidence? = 72 degrees, an increase in the rate of refraction of n_ {d1} to n_ {d2} would be detected as an increase of reflectivity, etc.). As in the previous case, the sensor sensitivity depends on how narrow the peak of resonance.

Si en lugar de variar el ángulo de incidencia \theta se varía la longitud de onda de la luz, sucede exactamente lo mismo, la aparición de un pico de resonancia que se desplaza al variar el índice de refracción del medio dieléctrico adyacente a la capa de oro. Esto es aplicable también al caso de la excitación mediante una estructura periódica o mediante una guía de ondas.If instead of varying the angle of incidence se the wavelength of light is varied, it happens exactly the same, the appearance of a resonance peak that travels to the vary the refractive index of the dielectric medium adjacent to the gold cape This also applies to the case of excitation by a periodic structure or by a waveguide.

Existe un gran número de sistemas de detección de cambios en los índices de refracción basados en la resonancia del plasmón superficial; ejemplos de tales sistemas se describen en:There is a large number of detection systems of changes in refractive indices based on the resonance of the superficial plasmon; Examples of such systems are described in:

US-A-5912456US-A-5912456

US-A-5485277US-A-5485277

US-A-2 0 03103208US-A-2 0 03103208

Lógicamente, una aplicación directa de este tipo de sensores es la de refractómetro (para medir cambios de índice de refracción). Sin embargo, otra importante aplicación de este tipo de sensores hoy en día es la de biosensor o la de sensor químico. La distancia de penetración del campo evanescente de la onda de plasma superficial dentro del medio dieléctrico está alrededor de los 100 nm. Por lo tanto, una interacción biomolecular que tenga lugar en la superficie de la capa metálica variará localmente el índice de refracción sobre la superficie. Esta variación, a su vez, producirá un cambio en el vector de propagación del plasmón y, como consecuencia, en la condición de resonancia. Este cambio puede ser detectado con los métodos descritos más arriba.Logically, a direct application of this type of sensors is the refractometer (to measure index changes of refraction). However, another important application of this type of Sensors today is the biosensor or chemical sensor. The penetration distance of the evanescent field of the plasma wave surface within the dielectric medium is around 100 nm. Therefore, a biomolecular interaction that takes place in the metal layer surface will vary locally the index of surface refraction. This variation, in turn, will produce a change in the plasmon propagation vector and, as consequence, in the condition of resonance. This change can be detected with the methods described above.

La utilización como biosensor puede estar basada en la inmovilización previa de biomoléculas receptoras 2001 sobre la superficie de la capa de metal 1001, tal y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 5. Estas biomoléculas receptoras pueden unirse de forma selectiva a las moléculas analito 2002 que se quieren detectar y que pueden estar presentes en un líquido con el que está en contacto la capa metálica. Al unirse las moléculas analito 2002 con las moléculas receptoras 2001, se volverá a producir un cambio local del índice de refracción sobre la superficie metálica que variará, a su vez, la condición de resonancia del plasmón.The use as a biosensor can be based in the previous immobilization of receptor biomolecules 2001 on the surface of the metal layer 1001, as illustrated schematically in Figure 5. These receptor biomolecules they can selectively bind to the 2002 analyte molecules that are they want to detect and that they may be present in a liquid with the that the metal layer is in contact. By joining the molecules analyte 2002 with the receptor molecules 2001, will be returned to produce a local change in the refractive index over the metal surface that will vary, in turn, the condition of plasmon resonance.

También existe al menos una variante de los sistemas de Resonancia de Plasmón Superficial (SPR) que no requiere los medios de acoplamiento (acoplamiento con prisma, con estructura periódica en la capa de metal, o mediante luz guiada en una guía de ondas o en una fibra óptica). Se trata de lo que se conoce como la Resonancia de Plasmón Superficial Localizada (LSPR por sus siglas en inglés: "Localized Surface Plasmón Resonance"). Básicamente, se suele usar el término SPR (Surface Plasmón Resonance) cuando el medio plasmónico es una estructura plana de metal (por ejemplo, tal y como se ha descrito más arriba, y que incluye algún tipo de medio de acoplamiento) y el término LSPR cuando el medio plasmónico comprende estructuras metálicas de un tamaño nanométrico, por ejemplo, una superficie de nanopartículas de metal. Las propiedades ópticas de nanopartículas metálicas (especialmente de Au y Ag) vienen marcadas por su resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR). A diferencia del plasmón superficial de las capas delgadas (SPR), cuya naturaleza es propagante, el movimiento colectivo de los electrones de conducción inducido por la LSPR está confinado en las nanopartículas, y el fenómeno se puede entender, de forma simplificada, como el de un dipolo inducido resonante. Cuando se excita la LSPR, la absorción y dispersión de fotones por parte de las nanopartículas aumenta en gran medida y se generan campos electromagnéticos muy intensos alrededor de la nanoestructura. La excitación de la LSPR no requiere medios de acoplamiento como en el SPR, y puede conseguirse directamente a través de un haz de luz a una determinada longitud de onda. Dicha longitud de onda de excitación es sumamente dependiente de la forma, tamaño y composición de la nanoestructura, así como del índice de refracción del medio que la rodea. Esta última dependencia constituye el principio de detección biosensora de las nanoestructuras metálicas. Así, cuando se produce un cambio local de índice de refracción en la superficie de la nanopartícula, como el inducido por una interacción biomolecular, se produce un cambio en la longitud de onda de la resonancia que puede ser detectada espectroscópicamente. Como la LSPR está confinada en las nanopartículas, la capacidad de multiplexado es enorme y su límite se encuentra en una única nanopartícula. Además, la sensibilidad de las nanopartículas a los cambios locales de índice de refracción es mayor que la del SPR en determinadas zonas espectrales de la
resonancia.
There is also at least one variant of the Surface Plasmon Resonance (SPR) systems that does not require the coupling means (prism coupling, with periodic structure in the metal layer, or by guided light in a waveguide or in a optical fiber). This is what is known as the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR): "Localized Surface Plasmon Resonance"). Basically, the term SPR (Surface Plasmon Resonance) is usually used when the plasmonic medium is a flat metal structure (for example, as described above, and that includes some type of coupling means) and the term LSPR when the plasmonic medium comprises metal structures of a nanometric size, for example, a surface of metal nanoparticles. The optical properties of metal nanoparticles (especially Au and Ag) are marked by their localized surface plasmon resonance (LSPR). Unlike the thin layer superficial plasmon (SPR), whose nature is propagating, the collective movement of conduction electrons induced by the LSPR is confined in the nanoparticles, and the phenomenon can be understood, in a simplified way, as that of a resonant induced dipole. When LSPR is excited, the absorption and dispersion of photons by the nanoparticles greatly increases and very intense electromagnetic fields are generated around the nanostructure. The excitation of the LSPR does not require coupling means as in the SPR, and can be achieved directly through a beam of light at a certain wavelength. Said excitation wavelength is highly dependent on the shape, size and composition of the nanostructure, as well as the refractive index of the surrounding environment. This last dependence constitutes the principle of biosensor detection of metallic nanostructures. Thus, when there is a local change in refractive index on the surface of the nanoparticle, such as that induced by a biomolecular interaction, there is a change in the wavelength of the resonance that can be detected spectroscopically. As the LSPR is confined in the nanoparticles, the multiplexing capacity is enormous and its limit is in a single nanoparticle. In addition, the sensitivity of nanoparticles to local changes in refractive index is greater than that of the SPR in certain spectral areas of the
resonance.

Borja Sepúlveda, et al., "LSPR-based biosensors", Nano Today (2009) 4, páginas 244-251 resume algunos aspectos de los biosensores basados en LSPR. Borja Sepúlveda , et al ., " LSPR-based biosensors ", Nano Today (2009) 4, pages 244-251 summarizes some aspects of LSPR-based biosensors .

La figura 6A refleja, de forma esquemática, un detalle de un sensor de Resonancia de Plasmón Superficial Localizada en una aplicación de biosensor. Sobre un sustrato dieléctrico 3001 se han fijado nanopartículas metálicas 3002, por ejemplo, mediante uniones químicas, o se han formado dichas nanopartículas metálicas 3002 mediante, por ejemplo, nanolitografía. Esto representa una nanoestructura metálica, en la que se puede inducir LSPR.Figure 6A schematically reflects a detail of a Localized Surface Plasmon Resonance sensor in a biosensor application. On a 3001 dielectric substrate 3002 metal nanoparticles have been fixed, for example, by chemical bonds, or said metal nanoparticles have been formed 3002 by, for example, nanolithography. This represents a metallic nanostructure, in which LSPR can be induced.

Para que cumpla su función de biosensor, se han unido moléculas receptoras 3003 a las nanopartículas metálicas 3002. A estas moléculas receptoras pueden unirse moléculas analito 3004, produciendo un cambio en el índice de refracción de n_{d1} a n_{d2}. La figura 6B refleja el desplazamiento de la curva de la señal del plasmón antes y después del cambio de índice de refracción por la unión de moléculas analito 3004 a los receptores 3003 inmovilizados en la nanoestructura. Como se intuye en la figura 6B, las señales de plasmón tienen curvas parecidas a las que se ven en la figura 4, es decir, curvas que presentan un pico para la longitud de onda (en el caso del SPR en una capa metálica a la que se refieren las figuras 1-5, para un ángulo o para una longitud de onda, según qué parámetro se usa para el "escaneado") en el que se produce el pico de la resonancia de plasmón.To fulfill its biosensor function, they have attached receptor molecules 3003 to metal nanoparticles 3002. These 3004 analyte molecules can be attached to these receptor molecules, producing a change in the index of refraction from n_ {d1} to n_ {d2}. Figure 6B reflects the displacement of the curve of the plasmon signal before and after the refractive index change by binding of 3004 analyte molecules to 3003 receptors immobilized in the nanostructure. As intuited in Figure 6B, Plasmon signals have curves similar to those seen in Figure 4, that is, curves showing a peak for length wave (in the case of the SPR in a metallic layer to which refer to figures 1-5, for an angle or for a wavelength, depending on which parameter is used for the "scanning") in which the peak of the resonance of plasmon

Mientras que en el caso de la SPR en una capa metálica la "señal plasmónica" que se suele detectar es la intensidad de la luz reflejada (con el fin de determinar la reflectividad en función de ángulo o longitud de onda), en el caso de la LSPR se puede determinar, por ejemplo, a través de la medida de la absorción o dispersión de la luz, tanto en configuraciones de reflexión como en transmisión. En todas estas medidas aparece un pico en el espectro en función de la longitud de onda de la luz, asociado a la LSPR. Ahora bien, en ambos casos el resultado es una curva cuyo desplazamiento es indicativo de cambios en el índice de refracción de un medio contiguo a la estructura metálica. Por lo tanto, determinar la "posición" de la curva correctamente puede ser clave para un análisis de índice de refracción.While in the case of the SPR in one layer metallic the "plasmonic signal" that is usually detected is the intensity of the reflected light (in order to determine the reflectivity depending on angle or wavelength), in the case of the LSPR can be determined, for example, through the measurement of light absorption or dispersion, both in configurations of reflection as in transmission. In all these measures a peak in the spectrum as a function of the wavelength of the light, associated with the LSPR. Now in both cases the result is a curve whose displacement is indicative of changes in the index of refraction of a medium adjacent to the metal structure. For the therefore, determining the "position" of the curve correctly can Be key to a refractive index analysis.

Tanto en el caso del SPR "normal" como en el caso del LSPR se puede hablar de un "medio plasmónico" en el que se puede excitar una resonancia de plasmón superficial. En este documento se utiliza el término "medio plasmónico" para referirse a este tipo de medio; en el caso de la figura 3A, el medio plasmónico podría incluir la capa metálica 1001 y el prisma de acoplamiento 1003. En el caso de la figura 6A, el medio plasmónico incluye las nanopartículas metálicas 3002 (a nanoagujeros, o una combinación de nanopartículas y nanoagujeros).Both in the case of the "normal" SPR and in The case of LSPR can be referred to as a "plasmonic medium" in the that a surface plasmon resonance can be excited. In this document the term "plasmonic medium" is used to refer to this type of medium; in the case of figure 3A, the medium plasmonic could include the metallic layer 1001 and the prism of coupling 1003. In the case of Figure 6A, the plasmonic medium includes 3002 metal nanoparticles (to nano holes, or a combination of nanoparticles and nano-holes).

Actualmente existen múltiples dispositivos comerciales y un gran número de publicaciones describiendo los distintos tipos de configuración de medida y aplicaciones de este tipo de sensores.There are currently multiple devices commercials and a large number of publications describing the different types of measurement settings and applications of this type of sensors

Los sensores de Resonancia de Plasmón Superficial (SPR y LSPR) tienen generalmente una alta sensibilidad para detectar cambios de índice de refracción así como bajas concentraciones de biomoléculas. Sin embargo, a veces su sensibilidad puede resultar insuficiente; por ejemplo, actualmente, los sensores conocidos presentan problemas para detectar cambios del índice de refracción por debajo de 10^{-5} y moléculas con un pequeño peso molecular (inferior a 1000 unidades de masa atómica), cuando se utilizan como biosensores. Esto hace que la detección de determinadas sustancias, como sustancias tóxicas químicas o contaminantes medioambientales, sea compleja y no se pueda realizar adecuadamente de forma directa (usando la tecnología descrita más arriba). Esta problemática se ha descrito en WO-A-2005/121754, donde se propone una forma de aumentar el límite de sensibilidad de los sensores, aprovechando que no sólo los metales nobles (como oro, plata, etc.) permiten la creación de ondas de plasma superficiales, sino que también existen materiales ferromagnéticos (como el hierro, cobalto o níquel) que tienen unas propiedades ópticas que permiten la creación de ondas de plasma superficiales. Los materiales ferromagnéticos son materiales magneto-ópticamente activos, es decir, son capaces de cambiar las propiedades ópticas de la luz que interacciona con ellos cuando se someten a un campo magnético que cambia su estado de imanación. Aunque la onda de plasma superficial en materiales ferromagnéticos presenta mucha absorción, los efectos magneto-ópticos se pueden aumentar mucho cuando el plasmón es excitado en estas capas. WO-A-2005/121754 describe cómo se puede aprovechar los efectos magneto-ópticos en presencia de ondas de plasma superficiales para mejorar la sensibilidad de los sensores de índice de refracción basados en la resonancia de plasmón superficial. Es decir, se combinan los efectos magneto-ópticos de los metales ferromagnéticos y la resonancia de plasmón superficial en la intercara de un metal y un dieléctrico. Para ello, el dispositivo comprende, en adición a una serie de componentes convenciones, una capa de metal que contiene un material ferromagnético (por ejemplo, hierro, cobalto o níquel) y, además, opcionalmente, medios de imanación configurados para imanar la capa de metal.Surface Plasmon Resonance (SPR and LSPR) sensors generally have a high sensitivity to detect changes in refractive index as well as low concentrations of biomolecules. However, sometimes their sensitivity may be insufficient; For example, currently, known sensors have problems in detecting changes in the refractive index below 10-5 and molecules with a small molecular weight (less than 1000 atomic mass units), when used as biosensors. This makes the detection of certain substances, such as chemical toxic substances or environmental pollutants, complex and cannot be carried out directly (using the technology described above). This problem has been described in WO-A-2005/121754 , where a way to increase the sensitivity limit of the sensors is proposed, taking advantage that not only noble metals (such as gold, silver, etc.) allow the creation of waves of surface plasma, but there are also ferromagnetic materials (such as iron, cobalt or nickel) that have optical properties that allow the creation of surface plasma waves. Ferromagnetic materials are magneto-optically active materials, that is, they are capable of changing the optical properties of the light that interacts with them when they are subjected to a magnetic field that changes their magnetization state. Although the surface plasma wave in ferromagnetic materials is highly absorbed, the magneto-optical effects can be greatly increased when the plasmon is excited in these layers. WO-A-2005/121754 describes how magneto-optical effects can be exploited in the presence of surface plasma waves to improve the sensitivity of refractive index sensors based on surface plasmon resonance. That is to say, the magneto-optical effects of ferromagnetic metals and surface plasmon resonance at the interface of a metal and a dielectric are combined. For this, the device comprises, in addition to a series of conventional components, a metal layer containing a ferromagnetic material (for example, iron, cobalt or nickel) and, in addition, optionally, magnetization means configured to magnetize the layer of metal.

Ahora bien, y aunque la invención descrita en WO-A-2005/121754 sirve para aumentar el límite de sensibilidad, el uso del material ferromagnético, la imanación del mismo, etc., implica una limitación en las posibilidades de diseño de este tipo de dispositivos. Por lo tanto, existe una necesidad de encontrar alternativas que permitan el uso de otros materiales y/o configuraciones.Now, and although the invention described in WO-A-2005/121754 serves to increase the sensitivity limit, the use of ferromagnetic material, the magnetization thereof, etc., implies a limitation in the design possibilities of this type of dispositives. Therefore, there is a need to find alternatives that allow the use of other materials and / or configurations.

Otras maneras de mejorar la sensibilidad en este tipo de sistemas y también en otros (como, por ejemplo, en espectroscopia diferencial de líquidos) se describen en GB-A-2254693 y se basan en el uso de dispositivos acusto-ópticos que se usan para modular el haz de luz que se dirige al medio que se analiza. En el caso del análisis del plasmón superficial, se modifica el ángulo del haz, mediante un deflector acusto-óptico. En el caso de la espectroscopia, se usa un filtro acusto-óptico asociado a una fuente de luz blanca, de manera que se podría seleccionar una porción de la luz blanca y así realizar un escaneado en longitud de onda, en una aplicación de espectroscopia diferencial de
líquidos.
Other ways of improving sensitivity in this type of systems and also in others (such as, for example, in differential liquid spectroscopy) are described in GB-A-2254693 and are based on the use of acousto-optical devices used for Modulate the beam of light that goes to the medium being analyzed. In the case of surface plasmon analysis, the angle of the beam is modified, using an acousto-optical deflector. In the case of spectroscopy, an acousto-optical filter associated with a white light source is used, so that a portion of the white light could be selected and thus perform a wavelength scan, in a differential spectroscopy application from
liquids

Descripción de la invenciónDescription of the invention

Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para el análisis del índice de refracción de un medio dieléctrico adyacente a un medio plasmónico. Un medio plasmónico es un medio en el que se puede excitar una resonancia de plasmón superficial. Por ejemplo, el medio plasmónico puede ser una capa delgada o conjunto de capas delgadas de metal, en la práctica normalmente se usa oro o plata, aunque también se pueden usar otros metales. Este tipo de medio requiere una estructura de acoplamiento, tal y como se explica en, por ejemplo, WO-A-2005/121754. Otro ejemplo de medido plasmónico conocido en el estado de la técnica es un medio metálico nanoestructurado, por ejemplo, nanopartículas de metal, nanoagujeros en una capa metálica, o combinaciones de estos.A first aspect of the invention relates to a method for the analysis of the refractive index of a medium dielectric adjacent to a plasmonic medium. A plasmonic medium is a medium in which a plasmon resonance can be excited superficial. For example, the plasmonic medium can be a layer thin or set of thin layers of metal, in practice gold or silver is usually used, although others can also be used metals This type of medium requires a coupling structure, as explained in, for example, WO-A-2005/121754. Another example of Plasmonic measurement known in the state of the art is a medium nanostructured metal, for example, metal nanoparticles, nano holes in a metallic layer, or combinations of these.

El método comprende los pasos de:The method comprises the steps of:

- dirigir luz desde una fuente de luz hacia el medio plasmónico, para excitar una resonancia de plasmón superficial (SPR O LSPR);- direct light from a light source to the plasmonic medium, to excite a surface plasmon resonance (SPR OR LSPR);

- y analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico.- and analyze light coming from said medium plasmonic

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Tal y como es convencional, la luz se puede detectar con, por ejemplo, un fotodetector que produce una señal de salida en función de las características de la luz incidente sobre el mismo, por ejemplo, la intensidad de la luz, y se puede analizar esta señal de salida. El análisis de esta luz permite sacar conclusiones sobre el índice de refracción del medio dieléctrico y/o de variaciones en dicho índice, tal y como es convencional.As is conventional, light can be detect with, for example, a photodetector that produces a signal of output depending on the characteristics of the incident light on the same, for example, the intensity of light, and can be analyzed This output signal. The analysis of this light allows to take out conclusions on the index of refraction of the dielectric medium and / or of variations in said index, as is conventional.

De acuerdo con la invención, como fuente de luz se usa un diodo láser, y se varía periódicamente la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser.According to the invention, as a light source a laser diode is used, and the wavelength is periodically varied of the light emitted by the laser diode.

La longitud de onda de la luz emitida por un diodo láser varía con la potencia emitida, la cual depende de la corriente de alimentación del diodo láser, y de la temperatura del mismo. Esto hace que sea sumamente fácil implementar un control de la longitud de onda de la luz, e introducir una modulación de la longitud de onda de la luz de acuerdo con una señal eléctrica. Esto puede implicar ventajas frente al estado de la técnica, por ejemplo, frente al sistema de WO-A-2005/121754, ya que puede ser difícil generar campos magnéticos externos de alta frecuencia, mientras que los diodos láser no presentan esta desventaja: se puede variar la longitud de la luz con frecuencias muy elevadas. También pueden requerir un menor gasto energético comparado con el que implica la generación de campos magnéticos.The wavelength of the light emitted by a laser diode varies with the emitted power, which depends on the supply current of the laser diode, and the temperature of the same. This makes it very easy to implement a control of the wavelength of light, and introduce a modulation of the Wavelength of light according to an electrical signal. This it may imply advantages over the state of the art, for example, against the system of WO-A-2005/121754, since it can be difficult to generate high frequency external magnetic fields, While laser diodes do not have this disadvantage: you can vary the length of the light with very high frequencies. Too may require a lower energy expenditure compared to that It involves the generation of magnetic fields.

A primera vista el uso de un diodo láser para variar la longitud de onda en aplicaciones del plasmón superficial puede parecer poco apropiada: en el caso de los diodos láser, el rango en el que se puede variar la longitud de onda es muy limitado, típicamente del orden de unos 3 nm (es decir, 1,5 nm en cada dirección a partir de una longitud de onda central). Esto puede parecer poco apropiado para una búsqueda de, por ejemplo, picos en la reflectividad, donde tradicionalmente se realiza un escaneado a lo largo de un rango de longitudes de onda sustancialmente mayor, a veces varios cientos de nm. Se conoce el uso de un tipo concreto de diodo láser (el "distributed feedback laser diode") en otros sistemas de análisis óptico, al menos en la espectroscopia de modulación de longitud de onda, véase, por ejemplo,At first glance the use of a laser diode to vary the wavelength in surface plasmon applications It may seem inappropriate: in the case of laser diodes, the range in which the wavelength can be varied is very limited, typically on the order of about 3 nm (i.e. 1.5 nm at each direction from a central wavelength). This can seem inappropriate for a search of, for example, peaks in reflectivity, where a scan is traditionally performed at over a substantially greater wavelength range, to times several hundred nm. The use of a specific type of laser diode (the "distributed feedback laser diode") in others optical analysis systems, at least in the spectroscopy of wavelength modulation, see, for example,

- Stéphane Schilt, et al., "Wavelength modulation spectroscopy: combined frequency and intensity láser modulation"; Applied Optlcs, Vol. 42, No. 33, 20/11/2003; y- Stéphane Schilt , et al ., " Wavelength modulation spectroscopy: combined frequency and intensity laser modulation "; Applied Optlcs, Vol. 42, No. 33, 11/20/2003 ; Y

- Yuntao Wang, et al., "Logarithmic conversión of absorption detection in wavelength modulation spectroscopy with a current-modulated diode laser"; Applied Optics, Vol. 48, No. 21, 20/1/2009,- Yuntao Wang , et al ., " Logarithmic conversion of absorption detection in wavelength modulation spectroscopy with a current-modulated diode laser "; Applied Optics, Vol. 48, No. 21, 01/20/2009 ,

pero en estos casos se trata de aplicaciones de espectrometría con modulación de longitud de onda para análisis de gases, una aplicación donde se requiere precisamente un haz de luz con anchura espectral extremadamente fina, para analizar un rango muy estrecho del espectro.but in these cases these are applications of wavelength modulation spectrometry for analysis of gases, an application where precisely a beam of light is required with extremely thin spectral width, to analyze a range Very narrow spectrum.

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Ahora bien, en el contexto del SPR y LSPR, se ha detectado que variando a longitud de la onda usando el diodo láser se puede detectar, en lugar del valor "absoluto" de la señal plasmónica, la variación de la misma o la variación relativa o derivada de la misma, algo que sirve para aumentar la sensibilidad del método. Con señal plasmónica se entiende en este contexto, por ejemplo, la reflectividad o intensidad de la luz reflejada detectada en el caso del SPR o, por ejemplo, la medida de la absorción o dispersión de la luz por las nanoestructuras en el caso del LSPR.Now, in the context of the SPR and LSPR, it has detected that varying to wavelength using the laser diode it can be detected, instead of the "absolute" value of the signal plasmonic, the variation thereof or the relative variation or derived from it, something that serves to increase sensitivity of the method. With plasmonic signal is understood in this context, by For example, the reflectivity or intensity of the reflected light detected in the case of SPR or, for example, the measure of absorption or dispersion of light by nanostructures in the case of LSPR.

El paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico puede comprender analizar al menos una característica de dicha luz en función de la variación de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser. Es decir, se puede analizar como la señal plasmónica varía en función de la longitud de onda de la luz del diodo láser, y de esta manera determinar la variación de la señal plasmónica -o la variación relativa- de la señal plasmónica, en función de la longitud de onda. De esta manera, en lugar de analizar el valor absoluto de la señal plasmónica, se analiza su variación, por ejemplo, su derivada, algo que como es sabido sirve para aumentar la sensibilidad del método. De esta manera, el
diodo láser es un medio extraordinariamente sencillo que, sin embargo, permite aumentar la sensibilidad del método.
The step of analyzing light from said plasmonic medium may comprise analyzing at least one characteristic of said light as a function of the wavelength variation of the light emitted by the laser diode. That is, it can be analyzed how the plasmonic signal varies depending on the wavelength of the laser diode light, and thus determine the variation of the plasmonic signal - or the relative variation - of the plasmonic signal, as a function of the wavelength In this way, instead of analyzing the absolute value of the plasmonic signal, its variation is analyzed, for example, its derivative, something that as is known serves to increase the sensitivity of the method. In this way, the
Laser diode is an extraordinarily simple medium that, however, allows to increase the sensitivity of the method.

El paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico puede comprender analizar dicha luz proveniente de dicho medio plasmónico de forma sincronizada con la variación de la longitud de onda de la luz del diodo láser. Esta detección o análisis sincronizado de la señal plasmónica con la señal que excita la resonancia del plasmón permite determinar la variación, variación relativa o derivada de la señal plasmónica, con el consiguiente incremento de la sensibilidad del método. Un análisis sincronizado se puede realizar usando, por ejemplo, un amplificador "lock-in".The step of analyzing light coming from said plasmonic medium may comprise analyzing said light from said plasmonic medium synchronously with the variation of the Wavelength of the laser diode light. This detection or synchronized analysis of the plasmonic signal with the signal that excites Plasmon resonance allows to determine the variation, variation relative or derived from the plasmonic signal, with the consequent increased sensitivity of the method A synchronized analysis can be performed using, for example, an amplifier "lock-in"

El paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico puede comprender realizar un análisis Fourier de al menos una característica de dicha luz. El análisis Fourier permite determinar la variación relativa de la señal plasmónica, por ejemplo, la variación relativa de la intensidad de la luz, y existe software comercial que fácilmente permite implementar esta medida, usando, por ejemplo, FFT (Fast-Fourier Transform).The step of analyzing light coming from said plasmonic medium may comprise performing a Fourier analysis of at less a characteristic of that light. Fourier analysis allows determine the relative variation of the plasmonic signal, by example, the relative variation of light intensity, and there is commercial software that easily allows you to implement this measure, using, for example, FFT (Fast-Fourier Transform)

La longitud de onda de la luz del diodo láser se puede variar entre una longitud de onda mínima (\lambdamin) y una longitud de onda máxima (\lambdamax), siendo la diferencia entre la longitud de onda mínima y la longitud de onda máxima inferior a 5 nm, o incluso inferior a 3 nm. Se considera que con más de 5 nm de diferencia ya no se calcularía muy bien la derivada de la señal plasmónica. En muchos diodos láser convencionales, la diferencia entre la longitud de onda máxima y la longitud de onda mínima es del orden de 2 nm.The wavelength of the laser diode light is it can vary between a minimum wavelength (λ) and a maximum wavelength (λmax), the difference between the minimum wavelength and the maximum wavelength less than 5 nm, or even less than 3 nm. It is considered that with more than 5 nm of difference the signal derivative would no longer be calculated very well plasmonic In many conventional laser diodes, the difference between the maximum wavelength and the minimum wavelength is order of 2 nm.

El paso de variar periódicamente la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser puede comprender variar dicha longitud de onda mediante una variación de la potencia de emisión del diodo láser. Existen diodos láser convencionales cuya longitud de onda de emisión varía con la potencia de emisión, lo cual permite variar la longitud de onda variando la corriente de alimentación, la cual se puede variar fácilmente en función de un patrón de modulación predeterminado, que puede ser una señal senoidal con una frecuencia determinada, una señal cuadrada, etc.The step of periodically varying the length of light wave emitted by the laser diode may comprise varying said wavelength by a variation of the power of emission of the laser diode. There are conventional laser diodes whose emission wavelength varies with the emission power, which which allows to vary the wavelength by varying the current of feeding, which can be easily varied depending on a default modulation pattern, which can be a signal sine with a certain frequency, a square signal, etc.

La variación de dicha longitud de onda de forma periódica entre una longitud de onda mínima (\lambda_{min}) y una longitud de onda máxima (\lambda_{max}) se puede realizar con una frecuencia superior a 1 kHz, preferiblemente superior a 2 kHz. Una frecuencia elevada mejora la relación señal/ruido, aunque puede implicar dispositivos más costosos, especialmente en el caso de frecuencias muy elevadas.The variation of said shape wavelength periodic between a minimum wavelength (λ min) and a maximum wavelength (\ lambda_ {max}) can be realized with a frequency greater than 1 kHz, preferably greater than 2 kHz A high frequency improves the signal-to-noise ratio, although may involve more expensive devices, especially in the case of very high frequencies.

El medio plasmónico puede estar configurado para que la longitud de onda correspondiente a la resonancia de plasmón superficial corresponda sustancialmente a la longitud de onda central de emisión del diodo láser. Lo ideal es que la longitud de onda central de emisión del diodo láser coincida exactamente con la longitud de onda correspondiente a la resonancia de plasmón, pero lo importante es que no se desvíe demasiado de dicha longitud de onda. Por ejemplo, una diferencia entre la longitud de onda central de emisión del diodo láser y la longitud de onda a la que se produce la resonancia del plasmón superficial del orden de, por ejemplo, 1 nm, 2 nm, 3 nm, o 5 nm, puede ser aceptable.The plasmonic medium can be configured to that the wavelength corresponding to plasmon resonance surface corresponds substantially to the wavelength emission center of the laser diode. Ideally, the length of central emission wave of the laser diode exactly matches the wavelength corresponding to plasmon resonance, but what important is that it does not deviate too much from said wavelength. For example, a difference between the central wavelength of emission of the laser diode and the wavelength at which the surface plasmon resonance of the order of, for example, 1 nm, 2 nm, 3 nm, or 5 nm, may be acceptable.

Los medios plasmónicos son sintonizables, es decir, se puede sintonizar la longitud de onda a la que se produce el fenómeno del plasmón superficial. Por ejemplo, en el caso de capas delgadas de metal, la longitud de onda a la que se produce la resonancia (es decir, el pico en la resonancia, que puede ser, por ejemplo, un mínimo en reflectividad en el caso de SPR) se puede modificar cambiando el ángulo de incidencia de la luz, el índice de refracción del prisma de acoplamiento, o el metal usado. En el caso de las nanoestructuras, la longitud de onda a la que se produce dicha resonancia (por ejemplo, un máximo en dispersión o absorción) puede sintonizarse variando la forma, el tamaño, la composición (el material) y la distribución de las nanoestructuras.Plasmonic media are tunable, it is that is, you can tune the wavelength at which it occurs the phenomenon of surface plasmon. For example, in the case of thin layers of metal, the wavelength at which the resonance (i.e. the peak in resonance, which can be, by example, a minimum in reflectivity in the case of SPR) can be modify by changing the angle of incidence of light, the index of refraction of the coupling prism, or the metal used. If of nanostructures, the wavelength at which it occurs said resonance (for example, maximum dispersion or absorption) can be tuned by varying the shape, size, composition (the material) and the distribution of nanostructures.

El paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico puede comprender analizar una señal plasmónica asociada a dicha luz. Con señal plasmónica se entiende, por ejemplo, la reflectividad en el caso de SPR con capa metálica, y, por ejemplo, la dispersión o absorción, en el caso de LSPR.The step of analyzing light coming from said plasmonic medium may comprise analyzing a plasmonic signal associated with said light. With plasmonic signal it is understood, for example, the reflectivity in the case of SPR with metallic layer, and, for example, dispersion or absorption, in the case of LSPR.

El paso de analizar una señal plasmónica puede comprender determinar la variación del valor de la señal plasmónica inducida por la variación de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser, dividida por el valor de dicha señal plasmónica. Dicha señal plasmónica puede ser R_{pp} en el caso del SPR, y puede ser una medida de absorción o dispersión, por ejemplo, en el LSPR.The step of analyzing a plasmonic signal may comprise determining the variation of the value of the plasmonic signal induced by the variation of the wavelength of the light emitted by the laser diode, divided by the value of said plasmonic signal. Said plasmonic signal can be R pp in the case of SPR, and it can be a measure of absorption or dispersion, for example, in the LSPR.

Otro aspecto de la invención se refiere a un dispositivo para el análisis del índice de refracción de un medio dieléctrico, que comprende:Another aspect of the invention relates to a device for the analysis of the refractive index of a medium dielectric, comprising:

- una fuente de luz configurada para dirigir un haz de luz hacia un medio plasmónico, para excitar la resonancia de plasmón superficial; y- a light source configured to direct a beam of light towards a plasmonic medium, to excite the resonance of superficial plasmon; Y

- un detector para analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico. Tal y como es convencional, el detector puede comprender, por ejemplo, un fotodetector que produce una señal de salida en función de las características de la luz incidente sobre el mismo, por ejemplo, la intensidad de la luz, y un sistema de análisis de la señal de salida, etc.- a detector to analyze light coming from said plasmonic medium. As is conventional, the detector can comprise, for example, a photodetector that produces a signal output depending on the characteristics of the incident light on it, for example, the intensity of light, and a system of analysis of the output signal, etc.

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De acuerdo con la invención, la fuente de luz comprende un diodo láser, y el dispositivo comprende un subsistema de variación periódica de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser.According to the invention, the light source it comprises a laser diode, and the device comprises a subsystem of periodic variation of the wavelength of the light emitted by The laser diode.

Lo que se ha dicho en relación con el método aplica, mutatis mutandis.What has been said in relation to the method applies, mutatis mutandis.

El detector puede estar configurado para analizar la luz proveniente de dicho medio plasmónico de forma sincronizada con una variación de la longitud de onda de la luz del diodo láser.The detector can be configured to analyze the light coming from said plasmonic medium in a way synchronized with a variation of the wavelength of the light of the laser diode

El detector puede estar configurado para realizar un análisis Fourier de al menos una característica de la luz proveniente de dicho medio plasmónico.The detector can be configured to perform a Fourier analysis of at least one characteristic of the light coming from said plasmonic medium.

El subsistema de variación periódica de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser puede estar configurado para variar la longitud de onda de la luz del diodo láser entre una longitud de onda mínima (\lambdamin) y una longitud de onda máxima (\lambdamax), siendo la diferencia entre la longitud de onda mínima y la longitud de onda máxima inferior a 5 nm, o incluso inferior a 3 nm. Se considera que con más de 5 nm de diferencia ya no se calcularía bien la derivada de la señal plasmónica. En muchos diodos láser convencionales, la diferencia entre la longitud de onda máxima y la longitud de onda mínima es del orden de 2 nm.The periodic variation subsystem of the Wavelength of the light emitted by the laser diode can be configured to vary the wavelength of the diode light laser between a minimum wavelength (λ) and a maximum wavelength (λmax), the difference between the minimum wavelength and the maximum wavelength less than 5 nm, or even less than 3 nm. It is considered that with more than 5 nm of difference the signal derivative would no longer be calculated well plasmonic In many conventional laser diodes, the difference between the maximum wavelength and the minimum wavelength is order of 2 nm.

El dispositivo puede adicionalmente comprender dicho medio plasmónico.The device may additionally comprise said plasmonic medium.

Descripción de las figurasDescription of the figures

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y algunas de las cuales se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.Then it goes on to describe very brief a series of drawings that help to better understand the invention and some of which expressly relate to a embodiment of said invention presented as an example illustrative and not limiting it.

La figura 1 ilustra de forma esquemática la distribución del campo electromagnético de un plasmón superficial.Figure 1 schematically illustrates the distribution of the electromagnetic field of a plasmon superficial.

La figura 2 ilustra, de forma esquemática, una configuración convencional para excitar con luz el plasmón superficial, basada en el acoplamiento con prisma.Figure 2 illustrates, schematically, a conventional configuration to excite the plasmon with light superficial, based on the coupling with prism.

Las figuras 3A y 3B ilustran, de forma esquemática, un sistema de detección de cambios en el índice de refracción de un medio dieléctrico, de acuerdo con el estado de la técnica.Figures 3A and 3B illustrate, in a way schematic, a system of detection of changes in the index of refraction of a dielectric medium, according to the state of the technique.

La figura 4 es un diagrama que refleja dos curvas que relacionan la intensidad R_{pp} de luz reflejada TM con diferentes ángulos de incidencia \theta de la luz, para dos índices de refracción (n_{d1},n_{d2}) diferentes del medio dieléctrico, según el estado de la técnica.Figure 4 is a diagram that reflects two curves that relate the intensity R_ {pp} of reflected light TM with different angles of incidence? of light, for two refractive indices (n_ {d1}, n_ {d2}) different from the medium dielectric, according to the state of the art.

La figura 5 refleja, de forma esquemática, un detalle de un sensor de resonancia de plasmón superficial en una aplicación de biosensor, según el estado de la técnica.Figure 5 schematically reflects a detail of a surface plasmon resonance sensor in a Biosensor application, according to the state of the art.

La figura 6A refleja, de forma esquemática, un detalle de un sensor de resonancia de plasmón superficial localizada en una aplicación de biosensor, según el estado de la técnica.Figure 6A schematically reflects a detail of a localized surface plasmon resonance sensor in a biosensor application, according to the state of the art.

La figura 6B refleja el desplazamiento de la curva de la señal del plasmón antes y después del cambio de índice de refracción por la unión de moléculas analito a unos receptores inmovilizados en la nanoestructura, según el estado de la técnica.Figure 6B reflects the displacement of the Plasmon signal curve before and after index change of refraction by the union of analyte molecules to receptors immobilized in the nanostructure, according to the state of the technique.

La figura 7 muestra una curva de reflectividad angular para dos longitudes de onda separadas 2 nm.Figure 7 shows a reflectivity curve angular for two wavelengths separated 2 nm.

Las figuras 8A y 8B reflejan, para un caso de SPR, curvas teóricas de modulación en longitud de onda para una capa de 50 nm de Au cuando la longitud de onda de la luz varía 1 nm.Figures 8A and 8B reflect, for a case of SPR, theoretical wavelength modulation curves for one layer 50 nm of Au when the wavelength of light varies 1 nm.

La figura 9 muestra curvas experimentales de emisión del diodo láser ML101J27.Figure 9 shows experimental curves of emission of the laser diode ML101J27.

La figura 10 muestra el efecto de la frecuencia de modulación en la curva de resonancia SPR experimental para una capa de Au con espesor no optimizado.Figure 10 shows the effect of frequency of modulation in the experimental SPR resonance curve for a Au layer with not optimized thickness.

La figura 11 refleja de forma esquemática un dispositivo de acuerdo con una posible realización de la presente invención.Figure 11 schematically reflects a device according to a possible embodiment of the present invention.

Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

Se puede decir que la invención se basa en el principio de aumentar la sensibilidad de los sensores de resonancia de plasmón superficial mediante la introducción de un sistema de modulación que varía la longitud de onda del haz incidente, haciendo uso de que los metales plasmónicos son altamente dispersivos, es decir, su constante dieléctrica cambia mucho con \lambda.It can be said that the invention is based on the principle of increasing the sensitivity of resonance sensors of surface plasmon by introducing a system of modulation that varies the wavelength of the incident beam, making use that plasmonic metals are highly dispersive, is that is, its dielectric constant changes a lot with λ.

Por ello, y si se considera el caso del SPR en capas metálicas (la situación en el caso de LSPR es análoga, por lo que no es necesario explicarla aquí más detalladamente), un pequeño cambio en la longitud de onda de la luz incidente puede inducir una considerable variación del vector de ondas del plasmón superficial:Therefore, and if the case of the SPR is considered in metal layers (the situation in the case of LSPR is analogous, so it is not necessary to explain it here in more detail), a small change in the wavelength of the incident light can induce a considerable variation of the plasmon wave vector superficial:

55

Cuando se incide con luz monocromática, la condición de excitación del plasmón superficial viene dado por:When it is struck with monochromatic light, the surface plasmon excitation condition is given by:

66

donde n_{a} es el índice de refracción del medio incidente (prisma) y \theta es el ángulo de incidencia de la luz. Por lo tanto el ángulo al que ocurre la resonancia viene dado porwhere n_ {a} is the index of refraction of the incident medium (prism) and the is the angle of incidence of light. Therefore the angle at which the resonance is given by

77

Por lo tanto, un pequeño cambio en la longitud de onda incidente producirá un pequeño desplazamiento del ángulo de resonancia. Este efecto se puede observar en la figura 7, donde se muestra la curva de reflectividad angular para dos longitudes de onda separadas 2 nm.Therefore, a small change in length incident wave will produce a small offset of the angle of resonance. This effect can be seen in Figure 7, where shows the angular reflectivity curve for two lengths of 2 nm separated wave.

El pequeño cambio en la longitud de onda incidente se traduce, por lo tanto, en un desplazamiento angular de la curva de resonancia. Como lo que se mide en los sensores de SPR es la reflectividad, se puede expresar el cambio de reflectividad debido a la variación de longitud de onda de la siguiente manera:The small change in wavelength incident translates, therefore, into an angular displacement of the resonance curve As what is measured in SPR sensors is the reflectivity, the reflectivity change can be expressed due to the wavelength variation of the following way:

88

Es decir, el cambio diferencial de la reflectividad se puede ver como la pendiente de la curva angular multiplicado por el desplazamiento de la resonancia cuando varía la longitud de onda. Por lo tanto, un cambio pequeño en la longitud de onda permite tener acceso a medir la derivada de la curva angular.That is, the differential change of the reflectivity can be seen as the slope of the angular curve multiplied by the displacement of the resonance when the wavelength. Therefore, a small change in the length of wave allows access to measure the derivative of the curve angular.

Si en el intervalo de medida se produce un pequeño cambio en la longitud de onda, se puede medir simultáneamente la reflectividad R_{pp} y la variación de reflectividad \DeltaR_{pp} (Fig. 8A). Como se accede simultáneamente a ambas cantidades, se puede obtener en cada medida el cociente \DeltaR_{pp}/R_{pp}. Este cociente es totalmente independiente de las fluctuaciones de intensidad de la fuente de luz. Además, la medida \DeltaR_{pp}/R_{pp} presenta una resonancia angular muy estrecha ya que, cuando se excita el plasmón superficial, \DeltaR_{pp} se maximiza, mientras que R_{pp} disminuye drásticamente (Fig. 8A). Por ello, \DeltaR_{pp}/R_{pp} posee una curva angular con una resonancia muy estrecha (Fig. 8B) que permite aumentar la sensibilidad.If a small change in wavelength occurs in the measurement range, the reflectivity R_ {pp} and the reflectivity variation ΔR_ {pp} can be measured simultaneously (Fig. 8A). As accessed simultaneously both quantities can be obtained in each measurement the quotient \ R {Delta p} / {R} pp. This ratio is completely independent of the fluctuations in intensity of the light source. Furthermore, the measure \ Delta R {p} / R {p} has an angular resonance very narrow because, when the surface plasmon is excited, \ Delta R {p} is maximized, while R {p} decreases dramatically (Fig. 8A). Therefore,? R pp / R pp has an angular curve with a very narrow resonance (Fig. 8B) that allows to increase the sensitivity.

De acuerdo con la invención, para conseguir un pequeño cambio en la longitud de onda la luz incidente, se usa un diodo láser y se puede aprovechar el cambio de la longitud de onda que se produce cuando se varía la potencia de emisión en un diodo láser. Con diodos láser comercialmente disponibles se puede conseguir una variación mayor a 1 nm, tal y como se ilustra en la Figura 9, que muestra curvas experimentales de emisión del diodo láser ML101J27.According to the invention, to achieve a small change in the wavelength the incident light, a laser diode and you can take advantage of changing the wavelength that occurs when the emission power in a diode is varied To be. With commercially available laser diodes you can achieve a variation greater than 1 nm, as illustrated in the Figure 9, showing experimental diode emission curves ML101J27 laser.

Con este método de modulación se puede conseguir un cambio en la reflectividad \DeltaR_{pp} casi 10 veces mayor que el obtenido mediante la modulación magneto-óptica descrita en WO-A-2005/121754. La frecuencia máxima a la que se puede modular la longitud de onda de la luz del diodo láser está alrededor de 2 kHz (véase la Fig. 9, que refleja el valor de \DeltaR_{pp}/R_{pp} según ángulo de incidencia, para modulaciones con frecuencia de 2 kHz, 1 kHz, 500 Hz, 250 Hz y 100 Hz). La frecuencia de 2 kHz es mucho mayor a las que actualmente se han podido obtener con sensores con modulación magnetoóptica del tipo de los que se describen en WO-A-2005/121754. Gracias a ello, la relación señal-ruido del sensor con modulación en longitud de onda es considerablemente mayor.With this modulation method can achieve a change in reflectivity \ Delta R} {pp almost 10 times higher than that obtained by the magneto-optical modulation described in WO-A-2005/121754. The maximum frequency that can modulate the wavelength of the laser light diode is about 2 kHz (see Fig. 9, reflecting the value of \ Delta R {p} / R {p} as angle of incidence, for modulations with frequency of 2 kHz, 1 kHz, 500 Hz, 250 Hz and 100 Hz). The frequency of 2 kHz is much higher than those currently available with sensors with magneto-optical modulation of the type described in WO-A-2005/121754 . Thanks to this, the signal-to-noise ratio of the sensor with wavelength modulation is considerably higher.

La detección de \DeltaR_{pp}/R_{pp}, que es una medida que permite aumentar la sensibilidad, se puede realizar de forma sencilla, a través de un análisis de Fourier de la intensidad de luz reflejada por la capa metálica, ya que tanto la potencia de emisión como la longitud de onda del láser están moduladas a la misma frecuencia \omega. Como la reflectividad depende de la longitud de onda, la intensidad reflejada por la lámina metálica se puede expresar mediante la fórmula:Detecting \ Delta R {p} / R {p}, which is a measure for increasing the sensitivity, it can be performed easily, through a Fourier analysis of the intensity of light reflected by the layer metallic, since both the emission power and the laser wavelength are modulated at the same Ω frequency. As the reflectivity depends on the wavelength, the intensity reflected by the metal sheet can be expressed by the formula:

99

donde I_{0} es la intensidad del diodo láser sin modular y \DeltaI es la intensidad de modulación. La reflectividad R_{pp} (\omega) se puede desarrollar en serie de Fourier, por lo que la intensidad reflejada será:whereby I {0} is the intensity of the laser diode unmodulated and \ Delta I is the intensity modulation. The reflectivity R_ {pp} (\ omega) can be developed in Fourier series, so the reflected intensity will be:

1010

Tomando el cociente del primer armónico entre el valor continuo (0\omega) se obtiene:Taking the ratio of the first harmonic between the continuous value (0 \ omega) is obtained:

11eleven

De esta manera, podemos acceder de forma sencilla al valor \DeltaR_{pp}/R_{pp} en el que está basada la medida del sensor, según una realización de la invención. Para obtener esta cantidad, se puede analizar la señal por software, calculando la FFT (Fast Fourier Transform) de la señal, o se puede obtener a través de un amplificador lock-in.Thus, we can easily access the value \ Delta R} {pp / pp R {} which is based on the measurement sensor, according to an embodiment of the invention. To obtain this amount, the signal can be analyzed by software, calculating the FFT (Fast Fourier Transform) of the signal, or it can be obtained through a lock-in amplifier.

La figura 11 refleja de forma esquemática un sistema de acuerdo con una realización de la presente invención, y que comprende una fuente de luz 1 en forma de un diodo láser controlado desde un módulo controlador 2 que regula la corriente de alimentación del diodo láser, para variar periódicamente la longitud de onda del haz de luz emitida por el diodo láser 1 más o menos 1 nm en cada dirección desde una longitud de onda central (el módulo controlador puede también controlar la temperatura, que también puede influir en la longitud de onda). Se considera que en algunos casos puede ser preferible usar un diodo láser cuya longitud de onda sin modular esté, preferiblemente, en el rango 650-800 nm, por ejemplo, el diodo láser ML101J27 (\lambda \sim 660 nm). La luz se hace incidir sobre un medio plasmónico 4, que puede ser una capa fina de metal (por ejemplo, una capa de Au de unos 50 nm de espesor y opcionalmente con 1 nm de Ti para aumentar la adhesión sobre el sustrato de vidrio) o un medio metálico nanoestructurado (por ejemplo, nanopartículas de metal, nanoagujeros en una capa metálica, o combinaciones de estos) (en el caso de una capa de metal, se puede necesitar un medio de acoplamiento, como el prisma de vidrio 41 ilustrado en la figura 11). Por otra parte, hay un sistema de gestión de fluidos 5 que lleva un fluido a analizar en proximidad al medio plasmónico, para que se pueda estudiar eventuales cambios en el índice de refracción del dieléctrico asociado al medio plasmónico y ocasionados por analitos en el fluido, como es convencional en este tipo de aplicaciones.Figure 11 schematically reflects a system according to an embodiment of the present invention, and comprising a light source 1 in the form of a laser diode controlled from a controller module 2 that regulates the current of laser diode power, to periodically vary the length wavelength of the light beam emitted by the laser diode 1 plus or minus 1 nm in each direction from a central wavelength (the module controller can also control the temperature, which also may influence the wavelength). It is considered that in some cases it may be preferable to use a laser diode whose wavelength without modulation is preferably in the range 650-800 nm, for example, the laser diode ML101J27 (λ? 660 nm). The light is affected by a medium plasmonic 4, which can be a thin layer of metal (for example, a Au layer about 50 nm thick and optionally with 1 nm Ti to increase adhesion on the glass substrate) or a medium nanostructured metal (for example, metal nanoparticles, nano holes in a metallic layer, or combinations of these) (in the case of a metal layer, a means of coupling, such as glass prism 41 illustrated in the figure eleven). On the other hand, there is a fluid management system 5 that carries a fluid to be analyzed in proximity to the plasmonic medium, to that possible changes in the refractive index can be studied of the dielectric associated with the plasmonic medium and caused by analytes in the fluid, as is conventional in this type of Applications.

Por otra parte, se ha previsto un detector para analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico, es decir, por ejemplo, en el caso del SPR en una capa metálica, para determinar la reflectividad de dicha capa (que puede representar la señal plasmónica en el caso de SPR) o para determinar el nivel de dispersión o absorción de la luz en el caso del LSPR en un medio metálico nanoestructurado. En este caso, el detector comprende un fotodiodo 7 y un sistema de detección y análisis que recibe la señal de salida del fotodiodo (indicativo de la intensidad de la luz que incide sobre el fotodiodo) y que lo analiza en sincronización con la señal de alimentación del diodo láser.On the other hand, a detector is planned for analyze light from said plasmonic medium, that is, by example, in the case of the SPR in a metallic layer, to determine the reflectivity of said layer (which may represent the signal plasmonic in the case of SPR) or to determine the level of dispersion or absorption of light in the case of LSPR in a medium nanostructured metal. In this case, the detector comprises a photodiode 7 and a detection and analysis system that receives the signal photodiode output (indicative of the intensity of the light that affects the photodiode) and that analyzes it in synchronization with the power signal of the laser diode.

Aunque la anterior descripción se ha centrado sobre todo en los sistemas de SPR, la descripción es directamente aplicable también a los sistemas LSPR, aunque éstos, en lugar de basarse en la reflectividad del medio plasmónico para luz polarizada TM, se basan en las correspondientes características de los medios nanoestructurados, es decir, en el análisis de la absorción o dispersión de la luz, o cualquier combinación de estas, tanto en configuraciones de reflexión o transmisión.Although the previous description has focused especially in SPR systems, the description is directly also applicable to LSPR systems, although these, instead of be based on the reflectivity of the plasmonic medium for polarized light TM, are based on the corresponding media characteristics nanostructured, that is, in the analysis of absorption or light scattering, or any combination of these, both in reflection or transmission settings.

En este texto, la palabra "comprende" y sus variantes (como "comprendiendo", etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos etc.In this text, the word "understand" and its variants (such as "understanding", etc.) should not be interpreted excluding, that is, they do not exclude the possibility that described include other elements, steps etc.

Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.On the other hand, the invention is not limited to the specific embodiments that have been described but also include, for example, the variants that can be made by the expert medium in the field (for example, in terms of the choice of materials, dimensions, components, configuration, etc.), inside from what follows from the claims.

Claims (15)

1. Método para el análisis del índice de refracción de un medio dieléctrico adyacente a un medio plasmónico (4), que comprende los pasos de:1. Method for analyzing the index of refraction of a dielectric medium adjacent to a plasmonic medium (4), which includes the steps of: - dirigir luz desde una fuente de luz (1) hacia el medio plasmónico, para excitar una resonancia de plasmón superficial;- direct light from a light source (1) towards the plasmonic medium, to excite a plasmon resonance superficial; - y analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico (4);- and analyze light coming from said medium plasmonic (4); caracterizado porque characterized because - como fuente de luz (1) se usa un diodo láser, y- as a light source (1) a laser diode is used, Y - se varía periódicamente la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser.- the wavelength of the the light emitted by the laser diode.
         \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
      
2. Método según la reivindicación 1, en el que el paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico (4) comprende analizar al menos una característica de dicha luz en función de la variación de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser.2. Method according to claim 1, wherein the step of analyzing light from said plasmonic medium (4) comprises analyzing at least one characteristic of said light in function of the wavelength variation of the light emitted by The laser diode. 3. Método según la reivindicación 2, en el que el paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico (4) comprende analizar dicha luz proveniente de dicho medio plasmónico de forma sincronizada con la variación de la longitud de onda de la luz del diodo láser.3. Method according to claim 2, wherein the step of analyzing light from said plasmonic medium (4) comprises analyzing said light from said plasmonic medium in synchronization with the wavelength variation of the laser diode light. 4. Método según la reivindicación 1, en el que el paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico (4) comprende realizar un análisis Fourier de al menos una característica de dicha luz.4. Method according to claim 1, wherein the step of analyzing light from said plasmonic medium (4) comprises performing a Fourier analysis of at least one characteristic of said light. 5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud de onda de la luz del diodo láser se varía entre una longitud de onda mínima (\lambdamin) y una longitud de onda máxima (\lambdamax), siendo la diferencia entre la longitud de onda mínima y la longitud de onda máxima inferior a 5 nm.5. Method according to any of the previous claims, wherein the wavelength of light of the laser diode is varied between a minimum wavelength (λ) and a maximum wavelength (λ), being the difference between the minimum wavelength and the wavelength maximum less than 5 nm. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso de variar periódicamente la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser comprende variar dicha longitud de onda mediante una variación de la potencia de emisión del diodo láser.6. Method according to any of the previous claims, wherein the step of varying periodically the wavelength of the light emitted by the diode laser comprises varying said wavelength by a variation of the emission power of the laser diode. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud de onda se varía de forma periódica entre una longitud de onda mínima (\lambda_{min}) y una longitud de onda máxima (\lambda_{max}), con una frecuencia superior a 1 kHz, preferiblemente superior a 2 kHz.7. Method according to any of the previous claims, wherein the wavelength is varied periodically between a minimum wavelength (\ lambda_ {min}) and a maximum wavelength (λ max), with a frequency greater than 1 kHz, preferably greater than 2 kHz. 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio plasmónico (4) está configurado para que la longitud de onda correspondiente a la resonancia de plasmón superficial corresponde sustancialmente a la longitud de onda central de emisión del diodo láser.8. Method according to any of the previous claims, wherein the plasmonic medium (4) is configured so that the wavelength corresponding to the Superficial plasmon resonance corresponds substantially to the central wavelength of emission of the laser diode. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso de analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico (4) comprende analizar una señal plasmónica asociada a dicha luz.9. Method according to any of the previous claims, wherein the step of analyzing light from said plasmonic medium (4) comprises analyzing a plasmonic signal associated with said light. 10. Método según la reivindicación 9, en el que el paso de analizar una señal plasmónica comprende determinar la variación del valor de la señal plasmónica inducida por la variación de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser, dividida por el valor de dicha señal plasmónica.10. Method according to claim 9, wherein the step of analyzing a plasmonic signal comprises determining the variation of the value of the plasmonic signal induced by the variation of the wavelength of the light emitted by the laser diode, divided by the value of said plasmonic signal. 11. Dispositivo para el análisis del índice de refracción de un medio dieléctrico, que comprende:11. Device for analyzing the index of refraction of a dielectric medium, comprising: - una fuente de luz (1) configurada para dirigir un haz de luz (3) hacia un medio plasmónico (4), para excitar la resonancia de plasmón superficial;- a light source (1) configured to direct a beam of light (3) towards a plasmonic medium (4), to excite the surface plasmon resonance; - un detector (6) para analizar luz proveniente de dicho medio plasmónico (4);- a detector (6) to analyze light coming from of said plasmonic medium (4); caracterizado porque characterized because la fuente de luz (1) comprende un diodo láser,the light source (1) comprises a diode To be, y porqueand because el dispositivo comprende un subsistema (2) de variación periódica de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser.the device comprises a subsystem (2) of periodic variation of the wavelength of the light emitted by the laser diode
         \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
      
12. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que el detector (6) está configurado para analizar la luz proveniente de dicho medio plasmónico de forma sincronizada con una variación de la longitud de onda de la luz del diodo láser.12. Device according to claim 11, in which the detector (6) is configured to analyze the light coming from said plasmonic medium in a synchronized manner with a variation of the wavelength of the laser diode light. 13. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que el detector (6) está configurado para realizar un análisis Fourier de al menos una característica de la luz proveniente de dicho medio plasmónico.13. Device according to claim 11, in which the detector (6) is configured to perform an analysis Fourier of at least one characteristic of the light coming from said plasmonic medium. 14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11-13, en el que el subsistema (2) de variación periódica de la longitud de onda de la luz emitida por el diodo láser está configurado para variar la longitud de onda de la luz del diodo láser entre una longitud de onda mínima (\lambdamin) y una longitud de onda máxima (\lambdamax), siendo la diferencia entre la longitud de onda mínima y la longitud de onda máxima inferior a 5 nm.14. Device according to any of the claims 11-13, wherein the subsystem (2) of periodic variation of the wavelength of the light emitted by The laser diode is configured to vary the wavelength of the laser diode light between a minimum wavelength (λ) and a maximum wavelength (λ), being the difference between the minimum wavelength and the wavelength maximum less than 5 nm. 15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11-14, que adicionalmente comprende dicho medio plasmónico.15. Device according to any of the claims 11-14, further comprising said plasmonic medium.
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