Методы повышения чувствительности сенсорных систем на основе поверхностного плазмонного резонанса тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Использование поверхностных электромагнитных волн в датчиках для измерения параметров сред (Литературный обзор) 11 1.1 Поверхностная электромагнитная волна на границе раздела металла и диэлектрика

1.2. Оптические датчики с призменным возбуждением ПЭВ

1.2.1 Введение. Эффект поверхностного плазмонного резонанса

1.2.2. Схемы датчика с угловым сканированием

1.2.3. Схемы со сходящимся/расходящимся световым пучком

1.2.4. Поляриметрические и фазовые схемы

1.2.5. Схемы спектрального анализа 21 Выводы к Главе

Глава 2. Разработка и реализация семейства оптических измерительных систем на основе ППР для применения их в биологии

2.1. Схема и физический принцип датчиков на основе ППР

2.2. Модельная оценка чувствительности ППР датчика с чувствительным биологическим слоем, нанесенным на металлическую пленку

2.3. Разработанные экспериментальные устройства - прототипы ППР датчиков

2.4. Оптимизация обработки ППР контура

2.5. Тонкопленочные структуры с резонансным откликом для применения в ППР датчиках

2.5.1. Методики изготовления и характеризация образце в

2.5.2. Резонансные параметры тонкопленочной структуры 51 Выводы к Главе

Новый чувствительный слой для ППР датчиков, основанный на поглощающих вблизи частоты излучения фотосинтетических мембранных белках

3.1. Методы регистрации остаточных количеств пестицидов в питьевой воде и продуктах питания

3.2. Схема первичных процессов фотосинтеза

3.3. Процесс прерывания гербицидами электронного транспорта в фотосистеме II

3.4. Методы регистрации нарушения процесса фотосинтеза под действием гербицидов

3.5. Выбор и методики приготовления фотосинтетических мембранных препаратов

3.6. Спектроскопические исследования суспензии коровых частиц

3.7. Методика изготовления и характеризации тонкопленочных структур с монослоями из фоточувствительных мембранных белков

3.8. Регистрация резонансного отклика при исследовании воздействия гербицида на ЛБ пленки фотосинтетических мембранных препаратов

Выводы к Главе

Новые синтетические (химические) интерфейсные слои для ППР измерительных систем

4.1. Введение

4.2. Новый интерфейсный слой на основе синтетической матрицы пептидной природы

4.2.1. Структура пептидного спейсера и его хемосорбция на металлической подложке

4.2.2. Иммобилизация различных пептидов и белков с использованием матрицы пептидного спейсера

4.2.3. Регенерация интерфейсного слоя и связывание с неспецифическими белками

4.3. Сравнительный анализ ППР датчиков со спектральным и угловым сканированием для исследования взаимодействия примесей в воде с синтетическими полимерными рецепторами

4.3.1. Интерфейсные слои для ППР датчиков на основе полимерных рецепторов для регистрации фенолов и их производных

4.3.2. Спектральный ППР датчик для исследования синтетических рецепторов

4.3.3. Экспериментальная часть Выводы к Главе

Глава 5. Визуализация фазы отраженного излучения в условиях ППР и ее сенсорные применения

5.1. Введение

5.2. Анализ поведения фазы в условиях подавления отражения

5.3. Модельные расчёты

5.4. Интерферометрия с использованием ППР для сверхвысокочувствительных сенсорных схем

5.4.1. ППР-интерферометр типа Маха-Цендера

5.4.2. ППР-интерферометр для визуализации угловой зависимости фазы отраженной волны

Выводы к Главе 5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список литературы

Актуальность работы

Внимание к исследованию и разработке измерительных систем на основе поверхностного плазмонного резонанса (ППР) не ослабевает, поскольку оно обусловлено все более обостряющейся потребностью в недорогих, компактных, экспрессных и полностью автоматизированных средствах измерения и контроля для нужд науки, промышленности, энергетики, биоинженерии и медицины. Важными достоинствами подобных систем являются качественно более высокий уровень исследования газовых и жидкостных сред, а также исследование химических и биологических параметров при отсутствии агрессивных либо возмущающих воздействий на исследуемый объект. Однако, на сегодняшний день на мировом рынке нет относительно дешевых измерительных систем для решения вышеупомянутых задач. Таким образом, представляется насущной необходимостью дальнейшее развитие новых регистрирующих схем и методик как для фундаментальных исследований химических и биологических явлений, так и для разработки сенсоров. В связи с этим, весьма актуальным представляется проведение теоретического анализа влияния параметров тонкопленочных структур на чувствительность ППР измерительных систем; разработка и применение на основе детальных расчетов новых оптических схем к реальным биологическим задачам; оптимизация алгоритмов обработки информации; применение новых синтетических химических интерфейсов и чувствительных слоев для тонкопленочных структур ППР измерительных систем для конкретных биологических задач.

Цель диссертационной работы состояла в исследовании эффекта резонансного преобразования лазерного излучения тонкопленочными структурами в поверхностные электромагнитные волны (ПЭВ) для создания химических и биологических измерительных систем. В частности, задачами работы являлись:

- проведение детального теоретического анализа влияния на чувствительность ППР системы параметров ее тонкопленочных структур, содержащих в качестве одного из своих компонентов биологический слой; 6

- разработка методик нанесения тонких пленок, оптимизация химических интерфейсов и чувствительных слоев химических и биологических ППР сенсорных систем;

- изготовление высокочувствительных автоматизированных измерительных систем, основанных на регистрации угловой и спектральной зависимостей интенсивности отраженной световой волны вблизи ППР;

- построение полной физической картины поведения фазы световой волны, отражённой от металлической плёнки в условиях ППР, создание интерферометрических измерительных систем визуализации фазы отраженного излучения и анализ их возможностей для биосенсорных применений.

Поставленные задачи были успешно решены, и на основе проведенных исследований был изготовлен и испытан ряд ППР сенсорных систем.

Научная новизна

1. Развита уникальная методика напыления пленок золота в низкотемпературной аргоновой плазме для ППР структур, которые демонстрируют ярко выраженный резонанс, имеют мелкозернистую структуру и хорошую адгезию, выдерживают длительную обработку в агрессивных химических средах, что делает их удобными для последующего нанесения биологических слоев. Предложена оригинальная технология безмасленного иммерсионного контакта напыленных подложек с оптической системой новых компактных ППР сенсорных систем.

2. Впервые предложена методика обработки изменения формы резонансного контура для повышения чувствительности ППР датчиков путем учета вариаций как показателя преломления, так и коэффициента поглощения излучения в процессе биохимических реакций.

3. Предложен и реализован ряд новых синтетических химических интерфейсов ППР измерительных систем для исследований кинетики связывания различных белков и пептидов. Продемонстрирована возможность применения синтетической матрицы пептидной природы и синтезированных полимерных (поливиологеновых) рецепторов в качестве химических интерфейсов для ковалентной иммобилизации пептидов и белков новой матрицы. 7

4. Впервые в ППР датчиках использованы монослои фотосинтетических препаратов в качестве чувствительного слоя с сильно меняющейся мнимой частью диэлектрической проницаемости в процессе биологической реакции. Впервые предложен интегральный метод регистрации гербицидов в воде, моделирующих их функциональное действие на растительные объекты на уровне экологических нормативов.

5. Впервые предложен физический принцип датчиков параметров сред на основе особенностей поведения фазы световой волны, отражённой от металлической плёнки в условиях ППР, чувствительность которого на 1-2 порядка выше, чем у традиционных ППР датчиков. Разработаны и реализованы интерферометрические схемы визуализации фазы отраженного излучения в условиях ППР и проанализированы их возможности для биосенсорных применений.

Практическая значимость работы

Полученные в настоящей работе результаты могут быть использованы в физических, химических и физико-химических исследованиях поверхностей, тонких плёнок и взаимодействий в них, а также для создания оптических сенсорных методик и устройств.

Разработанные принципы и методики представляются весьма перспективными для создания высокочувствительных физических и химических датчиков на основе регистрации изменения фазы световой волны.

Физические эффекты, исследованные в настоящей работе (ряд из которых установлен впервые), следует принимать во внимание при разработке различных типов оптических измерительных и сенсорных методик и устройств. Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на IV Международной конференции «Физические проблемы оптических измерений, связи и обработки информации» (Севастополь, Украина, 1993), на VII Международной конференции «Solid Films and Surfaces» (Хситчи, Тайвань, 1994), на III Европейской конференции по оптическим химическим сенсорам и биосенсорам и конференции «EUROPT(R)ODE III» (Цюрих, Швейцария, 1996), на III конференции NEXUSPAN «Микросистемы в мониторинге окружающей среды» (Москва, Россия, 1996), на Международной конференции 8

Твердотельные датчики» TRANSDUCERS'97 (Чикаго, США, 1997), на V Всемирном конгрессе по биосенсорам (Берлин, 1998), на конференция SPIE «BIOS'98» (Сан-Хосе, США, 1998), на конференции SPIE «Photonics East» (Бостон, США, 1998), на конференции SPIE «BIOS'99», (Бостон, США, 1999), на конференции IWRFRI'2000 «Российские технологии для индустрии» (Санкт-Петербург, Россия, 2000).

Публикации

Основное содержание диссертационной работы, полученные в ней новые результаты и положения, выдвигаемые для защиты, изложены в 15 печатных работах. Эти работы, представляющие собой статьи в отечественных и зарубежных журналах, публикации в трудах конференций, приведены в списке литературы под номерами 56-61, 122,123,151, 177, 179-183.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Выводы к Главе 5.

Построена физическая картина поведения фазы световой волны, отражённой от металлической плёнки в условиях ППР. Для общего случая подавления отражения от произвольной оптической системы (в частности, для /»-поляризованной волны в условиях ППР) из первых принципов установлено наличие скачков фазы отражённой волны. При стремлении одного из параметров излучения или многослойной системы к его оптимальному значению резонансный минимум угловой, частотной или иной зависимости интенсивности отражённой волны понижается до нуля, а наклон соответствующей зависимости фазы в окрестности минимума неограниченно возрастает по абсолютной величине. Таким образом, вблизи оптимума резонансная зависимость фазы имеет форму ступени с перепадом фазы на п. При переходе параметра через оптимум происходит её скачкообразная инверсия, при которой наклон в окрестности минимума меняет знак. Поведение фазы детально рассчитано для биологических и химических сенсоров. Результаты теории и расчётов подтверждены интерферометрическими экспериментами, в том числе, впервые предложенной методикой визуализации угловых зависимостей фазы

Разработаны и реализованы схемы (ППР-интерферометры) визуализации фазы отраженного излучения в условиях ППР и проанализированы их возможности для биосенсорных применений. С одной стороны, интерферометрия с использованием скачкообразной резонансной зависимости фазы позволяет достичь сверхвысокой чувствительности и разрешающей способности, которые на один-два порядка лучше по сравнению с известными схемами на основе призменного возбуждения ППР. С другой стороны, визуализация резонансной зависимости фазы в двумерной интерференционной картине обеспечивает сочетание высокой фазовой чувствительности и динамического диапазона столь же широкого, как и у традиционных ППР датчиков. Указанные ППР-интерферометрические методики успешно применены в рефрактометрии (оцененный п порог чувствительности по показателю преломления 4Т0") и регистрации с помощью обратимых аффинных реакций таких низкомолекулярных соединений, как, например, о пестициды. Достигнуто разрешение по концентрации на уровне 10" М.

126

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие новые результаты и положения:

1. Получены аналитические выражения чувствительности измерительных систем на основе призменного возбуждения поверхностного плазмонного резонанса (ППР). Проведен теоретический анализ влияния параметров тонкопленочных структур, содержащих в качестве одного из своих компонентов чувствительный биологический слой, на чувствительность ППР системы. Показано, что для повышения чувствительности ППР датчиков наиболее привлекательным является использование чувствительного биологического слоя с максимальным изменением диэлектрической проницаемости результирующего комплекса на длине волны зондирующего излучения. На основе детального аналитического расчета оптимизированы параметры таких тонкопленочных структур.

2. Предложена методика напыления пленок золота в низкотемпературной аргоновой плазме для ППР структур, которые демонстрируют хороший ППР (5% отражения в минимуме и угловую полуширину равную 1.8 градусов на длине волны излучения 670 нм), имеют мелкозернистую структуру с шероховатостью профиля не более 3 нм и хорошую адгезию, выдерживают длительную обработку в агрессивных химических средах, что делает их удобными для последующего нанесения биологических слоев.

3. На основе результатов оптимизации параметров тонкопленочных структур разработан и изготовлен ряд высокочувствительных датчиков, основанных на регистрации угловой зависимости интенсивности отраженной световой волны вблизи ППР. Предложена новая методика обработки изменения формы резонансного контура для повышения чувствительности ППР датчиков путем учета вариаций как показателя преломления, так и коэффициента поглощения излучения в процессе биохимических реакций. Показано, что при использовании данной методики обработки изменений резонансного контура для систем с поглощающим на длине волне зондирующего излучения биологическим слоем чувствительность ППР датчика возрастает почти на порядок.

127

4. Впервые в ППР датчиках использованы монослои фотосинтетических препаратов высших зеленых растений в качестве чувствительного слоя с сильно меняющейся мнимой частью диэлектрической проницаемости в процессе биологической реакции. Впервые предложен интегральный ППР метод регистрации гербицидов в воде, моделирующих их функциональное действие на растительные объекты на уровне экологических нормативов 0.1 ррЬ (для динитрофенола, концентрация С=10"9М).

5. Предложен и реализован ряд синтетических химических интерфейсов для ППР измерительных систем для исследования кинетики связывания различных белков и пептидов. Продемонстрирована возможность применения новой матрицы синтетического спейсера пептидной природы в качестве химического интерфейса для ковалентной иммобилизации пептидов и белков Показано, что предложенный интерфейсный слой может быть неоднократно использован после его регенерации без потери характерного уровня отклика сигнала.

6. Предложена и реализована спектральная ППР сенсорная система для исследования взаимодействия синтезированных полимерных (поливиологеновых) рецепторов с фенолами в воде. Продемонстрировано, что синтетические рецепторы являются во многих аспектах более предпочтительными, чем специфические антитела (стабильность, технологичность изготовления синтетического интерфейса), в то же время, они значительно проигрывают в чувствительности. Показано, что минимальная регистрируемая концентрация фенолов в воде составила 10"4М. Проведен сравнительный анализ двух модификаций ППР датчиков со спектральным и угловым сканированием, который показал приблизительно равную чувствительность обеих схем. Однако, спектральный ППР система позволяет более удобно использовать чувствительные слои с сильно меняющимися диэлектрическими свойствами на отдельных участках спектра в ходе реакций. Кроме того, спектральная схема с монохроматическим источником, сканируемым по спектру, особенно перспективна для многоканальных схем регистрации биологических реакций на единой стеклянной подложке в широком динамическом диапазоне.

7. Построена физическая картина поведения фазы световой волны, отражённой от металлической плёнки в условиях ППР. Для общего случая подавления отражения от

128 произвольной оптической системы (в частности, для ^-поляризованной волны в условиях ППР) из первых принципов установлено наличие скачков фазы отражённой волны и предложено их использование для повышения чувствительности биосенсоров.

Разработаны и реализованы интерферометрические схемы визуализации фазы отраженного излучения в условиях ППР, и проанализированы их возможности для биосенсорных применений. Впервые показано, что интерферометрия с использованием скачкообразной резонансной зависимости фазы позволяет достичь сверхвысокой чувствительности и разрешающей способности, которые на один-два порядка лучше по сравнению с известными схемами на основе призменного возбуждения ППР. С другой стороны, визуализация резонансной зависимости фазы в двумерной интерференционной картине обеспечивает сочетание высокой фазовой чувствительности и динамического диапазона столь же широкого, как и у традиционных ППР датчиков. Указанные ППР-интерферометрические методики успешно применены в рефрактометрии (оцененный о порог чувствительности по показателю преломления 4-10") и регистрации с помощью специфических антител таких низкомолекулярных соединений, как, например, о пестициды. Достигнуто разрешение по концентрации на уровне 10" М.

129

В заключение автор выражает глубокую благодарность своим родителям, Ксеневич Ивану Павловичу и Эмме Павловне и научному руководителю Никитину Петру Ивановичу за то, что диссертационная работа стала возможной лишь благодаря их инициативе, энергии, настойчивости и постоянному творческому участию.

Автор также благодарит Валейко Михаила Валентиновича, Небусова Валерия Михайловича за неоценимую помощь при создании приборных устройств, Грачева Сергея Александровича, Калабину Надежду Анатольевну и Рогова Сергея Ивановича за совместную работу по созданию химических интерфейсов, а также всем коллегам по лаборатории «Низкотемпературная лазерная плазма» за постоянную дружескую поддержку.

130

1. R. W. Wood. "On a remarkable case of uneven distribution of light in diffraction grating problem". Phil. Mag., Vol. 4, N 6, pp. 396-402, 1902.

2. R.W. Wood. "Diffraction gratings with controlled groove form and abnormal distribution of intensity". Phil. Mag,. Vol. 23, N 6, pp. 310-317, 1912.

3. R. W. Wood. "Anomalous diffraction gratings". Phys. Rev., Vol. 48, N 12, pp. 928-936, 1935.

4. Lord Rayleigh. "On the dynamical theory of gratings". Proc. Roy. Soc. (London), Vol. A79, pp. 399-416, 1907.

5. U. Fano. "The theory of aomalous diffraction gratings and quasi-stationary waves on metallic surfaces (Sommerfeld's waves)".- J. Opt. Soc. Amer., Vol. 31, N 3, pp. 213-222, 1941.

6. Lord Rayleigh. "Note on the remarkable case of diffraction spectra described by Prof. Wood". Phil. Mag.,Vol. 14, N 6, pp. 60-65,1907.

7. В. M. Агранович. "Кристаллооптика поверхностных поляритонов и свойств поверхности",- УФН, Т. 115, вып. 2, с. 199-237, 1975.

8. Поверхностные поляритоны. Под ред. В. М. Аграновича и Д. Л. Миллса. М. Наука, 1985.

9. Н. Raether. "Surface hlasma oscillations and their applications". Eds. G. Hass, M. H. Francombe, R. W. Hoffman, Academic Press, N. Y., in Physics of thin films, Vol. 9, pp. 145-261. 1977.

10. K. Welford. "Surface plasmon-polaritons and their uses". Optical and Quantum Electronics, Vol. 23, N 1, pp. 1-27,1991.

11. A. Otto. "Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection". Z. Phys. Bd. 216, N 4, s. 398-410, 1968.131

12. E. Kretschmann. "Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Oberflachenplasmaschwingungen". Z. Phys, Bd. 241, N 4, s. 313-324, 1971.

13. E. Burstein, W. P. Chen, Y. J. Chen, A. Hartstein. "Surface polaritons propagating electromagnetic modes at interfaces". - J. Vac. Sci. Technol., Vol. 11, N 6, pp. 1004-1019, 1974.

14. T. Turbadar. "Complete absorption of plane polarized light by thin metallic films". Optica Acta, Vol. 11, N 3, pp. 207-210, 1964.

15. G. Gordon II, J. D. Swalen. "The effect of thin organic films on the surface plasma resonance on gold". Optics Commun., Vol. 22, N 3, pp. 374-376,1977.

16. C. Nylander, B. Liedberg, T. Lind. "Gas detection by means of surface plasmons resonance". Sensors and Actuators, Vol. 3, pp. 79-88, 1982.

17. B. Liedberg, C. Nylander, I. Lundstrom. "Surface plasmons resonance for gas detection and biosensing". Sensors and Actuators, Vol. 4, pp. 299-304, 1983.

18. M. T. Flanagan, R. H. Pantell. "Surface plasmon resonance and immunosensors". -Electronics Letters, Vol. 20, N 23, pp. 968-970,1984.

19. P. B. Daniels, J. K. Deacon, M. J. Eddowes, D. G. Pedley. "Surface plasmon resonance applied to immunosensing". Sensors and Actuators, Vol. 15, pp. 11-18, 1988.

20. M. C. Millot, F. Martin, D. Bousquet, B. Sebille, Y. Levy. "A reactive macromolecular matrix for protein immobilization on a gold surface. Application in surface plasmon resonance". Sensors and Actuators B, Vol. 29, pp. 268-273, 1995.

21. E. Namira, T. Hayashida, T. Arakawa. "Surface plasmon resonance study for the detection of some biomolecule". Sensors and Actuators B, Vol. 24-25, pp. 142-144, 1995.

22. M. M. B. Vidal, R. Lopez, S. Aleggret, J. Alonso-Chamarro, I. Garces, J. Mateo. "Determination of probable alcohol yield in musts by means of an SPR optical sensor". -Sensors and Actuators B, Vol. 11, pp. 455-459, 1993.

23. K. Matsubara, S. Kawata, S. Minami. "Optical chemical sensor based on surface plasmon measurement". Applied Optics, Vol. 27, pp. 1160-1163, 1988.132

24. B. Liedberg, I. Lundstrom, E. Stenberg. "Principles of biosensing with an extended coupling matrix and surface plasmon resonance". Sensors and Actuators B, Vol. 11, pp. 63-72, 1993.

25. A. A. Kruchinin, Y. G. Vlasov. "Surface plasmon resonance monitoring by means of polarization state measurement in reflected light as the basis of a DNA probe biosensor". -Sensors and Actuators B, Vol. 30, pp. 77-80, 1996.

26. S. G. Nelson, K. S. Johnston, S. S Yee. "High sensitivity surface plasmon resonance sensor based on phase detection". Sensors and Actuators B, Vol. 35-36, pp. 187-191, 1996.

27. P. I. Nikitin, A. A. Beloglazov, A. V. Kabashin, M. V. Valeiko, V. E. Kochergin. "Surface plasmon resonance interferometry for sensor applications". Sensors and Actuators B, Vol. 54, pp. 3-15, 1999.

28. U. Jonsson, L. Fagerstam, B. Ivarsson, et al. "Real-time biospe-cificinteraction analysis using surface plasmon resonance and asensor chip technology". Biotechniques, Vol. 11, pp. 620-627, 1991.

29. J. Homola, I. Koudela, S.S. Yee. "Surface plasmon resonance sensor based on diffraction gratings and prism couplers: sensitivity comparison". Sensors and Actuators B, Vol. 54, pp. 16-24, 1999.

30. E. M. Yeatman. "Resolution and sensitivity in surface plasmon microscopy and sensing". -Biosensors and Bioelectronics, Vol. 11, N 6/7, pp. 635-649, 1996.

31. E. M. Yeatman. "Resolution and sensitivity in surface plasmon microscopy and sensing".-Biosensors and Bioelectron, Vol. 11, pp. 635-649, 1996.

32. J. Homola. "On the sensitivity of surface plasmon resonance sensors with spectral interrogation". Sensors and Actuators B, Vol. 41, pp. 207-211, 1997.133

33. A. A. Kolomenskii, P. D. Gershon, H. A. Schuessler. "Sensitivity and detection limit of concentration and adsorption measurements by laser-induced surface-plasmon resonance". Appl. Opt., Vol. 36, pp. 6539-6547, 1997.

34. R. P. H. Kooyman, A. T. M. Lenferink, R. G. Eenink, J. Greve. "Vibrating Mirror Surface Plasmon Resonance Immunosensor". Analytical Chemistry, Vol. 63, N 1, pp. 83-85, 1991.

35. L. De Maria, M. Martinelli. "A compact optical sensor based on surface plasmon interrogation". Sensors and Actuators A, Vol. 32, pp. 710-712, 1992.

36. P. A. Gass, S. Schalk, J. R. Sambles. "Highly sensitive optical measurement techniques based on acousto-optic devices". Applied Optics, Vol. 33, No 31, pp. 7501-7510, 1994.

37. K. Matsubara, S. Kawata, S. Minami. "Optical chemical sensor based on surface plasmon measurement". Applied Optics, Vol. 27, N 6, pp. 1160-1163, 1988.

38. S. Lofas, M. Malmqvist, I. Ronnberg, E. Stenberg, B. Liedberg, I. Lundstrom. "Bioanalysis with surface plasmon resonance". Sensors and Actuators B, Vol. 5, pp. 79-84, 1991.

39. C. E. H. Berger, T. A. M. Baumer, R. P. H. Kooyman, J. Greve. "Surface plasmon resonance multisensing". Anal. Chem., Vol. 70, pp. 703-706, 1998.

40. B. Liedberg, C. Nylander, I. Lundstrom. "Biosensing with surface plasmon resonance— how it all started". Biosensors Bioelectron, Vol. 10, pp. i -ix, 1995.

41. J. Melendez, R. Carr, D. Bartholomew. "A commercial solution for surface plasmon sensing". Sensors and Actuators B, Vol. 35-36, pp. 212-216, 1996.

42. J. Melendez, R. Carr, D. Bartholomew, H. Taneja, S. Yee, C.Jung, C. Furlong. "Development of a surface plasmon resonance sensor for commercial applications".-Sensors and Actuators B, Vol. 39, pp. 375-379, 1997.

43. BIAJournal, Vol. 2, N 2, p. 32, 1995.45. http: Wwww.ti.com.spr.

44. M.W. Foster, D .J. Ferrel, R. A. Lieberman. "Surface plasmon resonance biosensor miniaturization". Proc. SPIE,. Vol. 2293, pp. 122-131, 1994.134

45. F. Villuendas, J. Pelayo. "Optical fibre device for chemical sensing based on surface pasmon excitation". Sensors and Actuators A, Vol. 21-23, pp. 1142-1145, 1990.

46. S. J. Elston, J. R. Samples. "Polarization conversion using prism-coupled surface plasmon-polaritons". J. Modern Optics, Vol. 38, N 7, pp. 1223-1227, 1991.

47. F. Abeles. "Les ondes electromagnetiques de surface et leur utilisation pour l'etude des surfaces et interfaces". J. Physiq., Vol. 38, pp. C5-67-C5-75, 1977.

48. W. Lukosz, Ch. Stamm. "Integrated optical difference interferometer as relative humidity sensor and differential refractometer". Sensor and Actuators A, Vol. 25-27, pp. 426-430, 1991.

49. L.-M. Zhang, D. Uttamchandani. "Optical chemical sensing employing surface plasmon resonance". Electronics Letters, Vol. 24, N 23, pp. 1469-1470, 1988.

50. S. R. Karlsen, K. S. Johnston, S. S. Yee, С. C. Jung. "First-order surface plasmon resonance sensor system based on a planar light pipe". Sensors and Actuators B, Vol. 32, pp. 137-141, 1996.

51. J. Homola, S. S. Yee. "Surface plasmon resonance sensor based on planar light pipe, theoretical optimization analysis". Sensors and Actuators B, Vol. 37, pp. 145-150, 1996.

52. K. S. Johnston, Т. M. Chinavsky, S. S. Yee. "Planar substrate surface plasmon resonance probe". Proc. SPIE, Vol. 2836, pp. 178-185,1996.

53. S. R. Karlsen, K. S. Johnston, R. C. Jorgenson, S. S. Yee. "Simultaneous determination of refractive index and absorbance spectra of chemical samples using surface plasmon resonance". Sensors and Actuators B, Vol. 24-25, pp. 747-749, 1995.

54. T.I. Ksenevich, A. A. Beloglazov, P.I. Nikitin, N. A. Kalabina. "Study of Biochemical reactions in thin organic films by means of evanescent optical wave". Applied Surface Science, Vol. 92, pp. 426-430,1996.

55. P. I. Nikitin, A. A. Beloglazov, V. E. Kochergin, M. V. Valeiko, T. I. Ksenevich. "Surface plasmon resonance interferometry for biological and chemical sensing". Sensors and Actuators B, Vol.54, pp. 43-50, 1999.

56. G. Kovacs. In Electromagnetic Surface Modes, edited by A.D. Boardman, New York: John Wiley and Sons, Chapter 4, pp. 143-200, 1982.

57. I. Pockrand. "Surface plasma oscillations at silver surfaces with thin transparent and absorbing coating". Surface science, Vol. 72, N 3, pp. 577-588, 1978.

58. V. I. Silin, G. A. Balchytis, V. A. Yakovlev. "Study of surface plasmon line broadening due to protein on a modified silver surface."- J. Optics Communications, Vol. 97, N 1/2, pp. 19-24, 1993.

59. D. Hornauer, H. Kapitza, H. Raether. "The effect of thin organic films on the surface plasma resonance on gold". J. Phys. D, Vol. 35, N 3, pp. 517-526, 1974.

60. A. J. Braundmeier, E. T. Arakawa. "Effect of surface roughness on surface plasmon resonance". J. Phys. and Chem. Solids, Vol. 1, N 1, p. LI 00, 1974.

61. H. Kapitza. "Influence of surface roughness on the reflection of gold films in the region of surface plasmon excitation". Optics Commun., Vol. 16, N 1, pp. 73-75, 1976.

62. В. П. Северденко, 3. И. Точицкий. "Структура тонких металлических пленок". Изд. Наука и техника, Минск, с. 212, 1968.

63. R. Е. Hummel, R. Т. Dehoff, S. Mattis-Goho, and W.M. Goho. "Thermal grooving, thermotransport and electroansport in doped andundoped thin gold films". Thin Solid Films, Vol. 78, pp. 1-14, 1981.

64. J. R. Sambles, K.C. Elson, D. J. Jarvis. "The electrical resistivity of gold films". -Phil. Trans. Roy. Soc. London Sect. A, Vol. 304, N 186, pp. 365-446,1982.

65. А. А. Зенин, H. В. Белоусова. Гидрохимический словарь.- JI.: Гидрометеоиздат, 1988.

66. Г. П. Беспамятнов, Ю. А. Кротов. "Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде". Справочник, Л. "Химия", 1985.

67. G. Lang, A. Breght, Gunter Gauglitz. "Pesticide detection with direct immunosensors". -Book of Abstracts. Europt(r)ode II 2nd European conference on optical Chemical Sensors and Biosensors, Firenze, Italy,April 19-21, 1994, Tul B.ll, p. 35.

68. M. Wortberg, C. Middendorf, A. Katerkamp, Th. Rump, J. Krause, K. Cammann "Flow-injection immunosensor for triazine herbicides using Eu (III) chelate label fluorescence detection". Anal. Chem. Acta, Vol. 289, pp. 117-186, 1994.

69. A. Di Corcia, M. Marchetti. "Multiresidue method for pesticides in drinking water using a graphitized carbon black catridge extraction and liqiud chromatographic analysis".- Anal. Chem. Acta, Vol. 63, pp. 580-595, 1991.

70. J. V. Headley, К. M. Peru, M. T. Arts. "Tandem Mass Spectrometry of Herbicide Residues in Lipid-Rich Tissue".- Anal.Chem. Acta, Vol. 67, pp. 4349-4353, 1995.

71. V. T. Wagner, G. Bindler, F. Gadani. " Detection of pestisidues in tobacco". BIA Journal, Vol.2, N2, p.19, 1995.

72. J. C. Hall, R.J.A. Deschamps, K.K. Krieg. "Immunoassays for 2,4 -D and pictogram in river water". J. Agric. food chem, Vol. 37, p. 981, 1989.

73. С. А. Еремин, A. M. Егоров, О. А. Мельниченко, А.А. Туманов. "Определение пестицида 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоты методом поляризационного флуороиммуноянализа". Журнал аналитическая химия, Том 15, N 2, с.215-218, 1995.

74. И. М. Поляк, С. А. Еремин, М. Вильмер. Р.Ренеберг. Ф.Спенсер. "Экспресс-определение 2-метил-4-хлорфеноксимасляной кислоты методом поляризационного флуороиммуноанализа с использованием моноклональных антител". Агрохимия, N 9, с.131-136, 1994.

75. Ж. И. Самсонова, С. А. Еремин, А. М. Егорова, М. Франек. "Проблема выбора структуры меченного антигена при разработке поляризационного флуороиммунноанализа атразина". Биоорнаническая химия, Том 20, N 12. с. 13 591364, 1994.

76. A. Brecht, G. Gauglitz. "Label free immunoprobes for pesticide detection". Anal.Chim. Acta, Vol. 347, pp.219-233,1976.

77. M. J. Khavkin, J. A. Khavkin. "A Ferromagnetic Biosensor For Simple Assay of Organophosphate Pesticides". Anal. Lett., Vol. 29, pp.1041-1054, 1996.138

78. J. H. T. Luong, G. G. Guilbault. "Analytical Applications of Piezoelectric Crystal Biosensors". Biosensor Principles and Applications, ed. by L. J. Blum and P. R. Coulet, Marcel Dekker, New York, pp.107-138,1991.

79. G. G. Guilbault, B. Hock, R. Schmid. "A Piezoelectric Immunobiosensor for Atrazine in Drinking Water". Biosenssors Bioelectronics, Vol. 7, pp. 411-420, 1992.

80. K. Yokoyama, K. Ikebukuro, E.Tamiya, I. Karube, N. Ichiki, Y. Arikawa. "Highly Sensitive Quartz Crystal Immunosensors for Multisample Detection of Herbicides". Anal. Chim. Acta, Vol. 30, 139-145, 1995.

81. M. Minunni, M. Maschini. "Detection of Pesticide in drinking water using real-time biospecific interaction analysis (BIA)".- Analytical letters, Vol 26 (7), pp. 1441-1460, 1993.

82. V. I. Chegel, Yu. M. Shirshov, E. V. Piletskaya, S. A. Piletsly. "Surface Plasmon Resonance sensor for Pesticide". -The 11 th European Conference on Solid State Tranduvcers "Eurosensors XI", Warsaw, Poland, September 21-24, 1997, pp. 1421-1424.

83. C. Dumschat, H. Miller, K. Stein, G. Schwegt. "Pesticide-sensitive ISFET based on enzyme inhibition". Anal. Chim. Acta, Vol. 252, pp. 7-9, 1991.

84. A. Cagnini, I. Palchetti, I. Lionti, M. Mascini, A. P. F. Turner. "Disposable ruthenized screen-printed biosensors for pesticides monitoring".- Sensors and Actuators B, Vol. 24-25, pp. 85-89, 1995.139

85. T. Kalab, P. A. Skladal. "A Disposable Amperometric Immunosensor for 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid". Anal. Chim. Acta, Vol. 304, pp. 361-368,1995.

86. S. S. Babkina, E. P. Medyantseva, H. C. Budnikov, V. G. Vinter. "Enzyme Amperometric Sensor for the Determination of Cholinesterase Inhibitors or Activators". Anal. Chim. Acta, Vol. 273, pp. 419-424,1993.

87. F. Botre, G. Lorenti, F. Mazzei, G. Simonetti, F. Porcelli, C. Botre, G. Scibona. "Cholinesterase based bioreactor for determination of pesticides". Sensors and Actuators B, 18-19, pp. 689-693, 1994.

88. P. Skadal, M. Pavlik, M. Fiala. "Pescicide biosensor based on coimmobillized acetylcholinesterase and butyrycholinesterase". Anal. Lett., Vol. 27, pp. 29-40, 1994.

89. D. Merz, M. Geyer, D. A. Moss, H. J. Ache. "Chlorophyll fluorescence biosensor for the detection of herbicides". Fresenius. J. Chem., Vol. 354, pp. 299-305, 1996.

90. А. Б. Рубин. «Биофизика»,- в 2-х томах, M., Высшая школа, Том 2, с 302, 1987.

91. Р. Клейтон. "Фотосинтез физические механизмы и химические модели". под ред. Борисова А.Ю., М.: Мир, с. 352, 1984.

92. J. Barber, J. Nield, Е.Р. Morris, D. Zheleva, В. Hankamer. "The structure, function and dynamics of photosystem two". Physiologia Plantarum, Vol. 100, pp. 817-827, 1997.

93. J. R. Bowyer, P. Camilleri, W. F. J. Vermaas, "Photosystem II and its interaction with herbicides". Photosynthesis, Vol. 10, pp. 27-85, 1991.

94. J. M. Bowes, A.R. Crofts, C.J. Arntzen. "Redox reactions on the reducing side of photosystem II in chloroplasts with altered herbicide binding properties". Arch. Biochem. Biophys., Vol. 200, pp. 303-308, 1980.

95. S. Taoka, A. R. Crofts. "Competition of inhibitors with the secondary quinone in dark-adapted thylakoid membranes". Progress in Photosynthesis Research, Vol. II, pp. 425428, 1987.

96. W. Oettmeier. "Herbicides of photosystem II". Photosynthesis, Vol. 11, pp. 349-408, 1992.

97. A. Trest, W. Drafber. "Inhibitors on photosystem II and the topology of the herbicide and Qb binding polypeptide in the thylakoid membrane". Photosynthesis reseach, Vol. 10, pp. 381-392, 1986.

98. G. P. Evans, M. G. Briers, D. M. Rawson.- Biosensors. Vol. 2, pp. 287-300, 1986.

99. D. M. Rawson, A. J. Willmer, A. P. Turner, F. Biosensors, Vol. 4, pp. 299-311, 1989. 243.

100. V. A.Yatsenko, A. O. Goushcha, A. A. Dobrovolsky, A. V. Privalko, V.I.Sushko. "Intelligent sensor for integral estimation of water quality". Sensors and Actuators B, Vol. 29, pp.332-338, 1995.

101. G. M Zimmermann, L. Weil, K.-E. Quentin.- Vom Wasser, Vol. 74, pp. 195-206, 1990.

102. E. J. Boekema, B. Hankamer, D. Bald, J. Kruip, J. Nield, A. F. Boonstra, J. Barber, M. Rogner. "Supramolecular structure of the photosystem II complex from green plants and cyanobacteria". Cell Biology, Vol. 92, pp.175-179, 1995.

103. Yu. Zaitsev, N. A. Kalabina, V. P. Zubov, G. Chumanov, D. Gaul, T.M. Cotton. "Monolayers of bacteria photosynthetic reaction centers". Colloids and Surface, Vol. 78, pp. 211-219, 1993.

104. P. I. Nikitin, T. I. Ksenevich, N.A. Kalabina. "Bioanalyzer for detection of different pesticides in liquids". Proc. of Illrd NEXUSPAN Workshop on Microsystems in Environmental Monitoring, 13-14 December 1996, UZKOE Hotel, Moscow.

105. H.T. Witt. "Examples for the cooperation of photons, excitons, electrons, electric fields and protons in the photosysnthesis membrane". New J. of Chem, Vol. 11, N 2, pp. 91101, 1987.

106. Ch.-J. Zhong, M. D. Poster. "Designing interface at the molecular level". Anal. Chem. Acta,Vol. 67, pp. 109-715, 1995.

107. P. Schuck. "Use of surface plasmon resonance to probe the equilibrium and dynamic aspects of interactions between biological macromoleculars". Annu. Rev. Biomol. Struct., Vol. 26, pp. 541-566, 1997.

108. J. Homola, S. S. Yee, G. Gauglitz. " Surface plasmon resonsnce: review". Sensor and Actuators B, Vol. 54, pp. 3-15,1998.

109. C. D. Bain, E. B. Troughton, Y. Y. Tao. J. Eivail, G. M. Whitesides, R.G. Nuzzo. "Formation of monolayer films by spontaneous assembly of organic thiols from solution onto gold". J. Am. Chem. Soc., Vol. 111, p. 321, 1989.

110. L. Bertilsson, B. Liedberg. "Infrared study of thiol assemblies on gold: preparation, characterization, and functionalization of mixed monolayers". Langmuir, Vol. 9, pp. 141-149, 1993.

111. G. B. Sigal, C. Bamdad, A. Baiberis, J. Strominger, G. M. Whitesides. "A self-assembled monolayer for the binding and study of histidinc-tagged proteins by surface plasmon resonance". Anal. Chem. Acta, Vol. 68, pp. 490-497, 1996.

112. D J. Van den Hcuvel, R. P. H Kooyman, J. W. Drihout, G. W. Welling. "Synthetic peptides as receptors in affinity sensors: a feasibility study". Anal. Biochem., Vol. 215, pp. 223-230, 1993.

113. D. J. O'Shannessy, M. Brigham-Burke, K. Peck. "Immobilization chemistries suitable for use in the Biacore surface plasmon resonance literature". Anal. Biochem., Vol 205, pp.132-136, 1992.

114. H. Morgan, D .M. Taylor. "A surface plasmon resonance immunosensor based on the streptavidin biotin complex". Biosensors Bioelectron, Vol. 7, pp. 405-410, 1992.

115. J. L. Trevor, D. E. Mencer, K. R. Lykke, M. J. Pellin, L. Hanley. "Surface mass spectrometry of biotinylated self-assembled momolayers". Anal. Chem. Acta, Vol. 69, pp. 4331-4338, 1997.

116. S. Sasaki, R. Nagata, B. Hock, and I. Karube. "Novel surface plasmon resonance sensor chip functionalized with organic silica compounds for antibody attachment". Anal. Chem. Acta, Vol. 368, pp. 71-76, 1998.

117. T. Stein, G. Gerisch. "Oriented binding of a lipid-anchored cell adhesion protein onto a biosensor surface using hydrophobic immobilization and photoactive crosslinking". -Anal. Biochem., Vol. 237, pp. 252-59, 1996.

118. J. Spinke, M. Liley, H. J. Guber, L. Angermaier, W. Knoll. "Molecular recognition at self-assembled monolayers: the construction of multicomponent layers". Langmuir, Vol. 9, pp. 1821-1825, 1993.

119. D. Puig, D. Barcelo. "Determination of phenolic compounds in water and waste water". -Trends Anal. Chem., Vol. 15, pp. 362-375, 1996.

120. T. Ruzgas, J. Emneus, L. Gorton, G. Marko-Varga. "The development of a peroxide biosensor for monitoring phenol and related aromatic compounds". Anal. Chem. Acta, Vol. 311, pp. 245-253, 1995.

121. Т. Ohsaka, М. Nakanishi, О. Hatozaki, N. Oyama. "Electrode kinetics of thin polymer complex films composed of poly(alkyleneviologen) and poly(p-styrenesulfonic acid)". -Chem. Acta, Vol. 35, pp. 63-64, 1990.

122. C. A. Hunter, J. К. M. Sanders. "The nature of я--я-interactions". J. Am. Chem. Soc., Vol. 112, pp. 5525-5534, 1990.

123. М. С. Hutley, D. Maystre. "The total absorption of light by a diffraction grating". -Optics Communications, Vol. 19, N 3, pp. 431-436, 1976.

124. P. B. Johnson, R. W. Christy. "Optical constants of the noble metals". Physical Review B, Vol. 6, N 12, pp. 4370-4379, 1972.

125. A. V. Kabashin, P. I. Nikitin. "Surface plasmon resonance interferometry for bio- and chemical sensors". Opt. Commun., Vol. 150, pp. 5-8, 1998.