海洋面积占据了地球面积的71%, 蕴藏着地球上宝贵的资源, 包含着地球上99%的可生存空间, 但仅有不到10%的海洋资源被勘探^[1]。海水体积约有1.37× 10¹⁰ km³, 其中已知80多种元素中可供提取使用的有60%左右。海水资源的开发和使用对人类社会发展和解决目前陆上自然资源枯竭等问题有着巨大作用^[2-4]。

近年来我国对于海洋资源的探求也在逐渐增大, 对于海洋观测特别是深海探测领域愈发关注。2021年, 《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》中海洋经济和海洋资源开发仍然是重要的战略方向, 强调了对海洋的进一步认知、开发和经略。同时, 《2035年远景目标纲要》也提出了加强海洋科技创新和海洋资源开发利用的重要性, 以科技创新为引领, 推动海洋经济的可持续发展, 加强国际合作与治理^[5], 《2021—2035年国家海洋科技发展规划》进一步明确了海洋科技发展的中长期目标, 强调聚焦深海资源开发、深海观测与探测技术, 提升我国在深海领域的国际竞争力。推动海洋能、海洋油气等新能源的开发利用, 为海洋经济发展提供新动力。为了能够有效地获取这些资源, 我们必须在深海探索、探测和开发的技术上取得突破, 确保拥有自主掌握和应用这些核心技术的能力。

在近几十年的发展中, 表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)技术已经被广泛应用于多个领域。作为一种光学效应, SPR能够检测到界面附近折射率的微小变化, 其检测精度能够达到10^–7的量级。这种高灵敏度使得SPR技术能够感知到表面吸附的微量分子, 检测限可低至10^–9 mol/L甚至10^–12 mol/L级别。

SPR系统的特性让其在海洋领域的应用变得很有价值。系统对于折射率的任何微小变化都极为敏感, 并且可以通过对表面的特定功能化处理, 转变为对特定分子具有识别能力的传感器。通过在SPR芯片表面覆盖一层对特定分子有专一性结合能力的分子层, 只有目标分子能够与表面发生作用。SPR传感器对于表面附着分子的数量具有极高的检测灵敏度, 这赋予了它们进行定量分析的能力。只要能够制备出相应的特异性分子层, 就能够实现对各种类型的分子甚至微生物的特异性检测。而传统的海洋观测探测大多依赖于物理化学方法, 已经满足不了探测和开发海洋的需要, SPR技术具有实时生物分子相互作用分析(Biomolecular Inter-action Analysis, BIA)和无需标记、定量微量检测等优点^[6], 将表面等离子共振技术用于海洋探测领域中, 必将推动海洋探测和海洋资源开发领域的进步。

本文主要介绍SPR技术在国内外的一些研究进展, 重点介绍SPR技术在海洋领域的一些应用实例, 同时讨论SPR技术在深海探测领域的一些研究前景。

1 SPR传感器的起源和工作原理 1.1 表面等离子共振和光调制方式

表面等离子波(Surface Plasmon Wave, SPW)也称为表面等离子激元或表面电磁波, 是沿金属和介质界面传播的一种表面电磁波。当入射光以特定角度入射时, 其水平方向的波矢量TM和金属/介质界面的表面等离子波矢量相匹配, 自由电子吸收此波长光波的能量, 从而激发SPR现象。

空间传播的光与SPW发生耦合需要特定的配置方式, 20世纪70年代, Otto^[7]和Kretschmann^[8]的研究工作带来了SPR技术研究的热潮。Otto型和Kretschmann型都是利用全内反射形成的倏逝波。Otto型金属和反射表面存在几十纳米的介质间隙, 入射光在高折射率的棱镜与金属膜的界面处入射, 满足特定的入射角和波长条件时会激发金属薄膜的表面等离子波(图 1a)。Otto型配置需要较高的入射角和精确的光学对准, 因此在实际应用中较为复杂。Kretschmann型通过在棱镜底部沉积一层薄薄的金属膜来激发SPR效应, 是应用最广泛的配置形式(图 1b)。在2种倏逝波耦合方式中激发SPR的必须为P偏振光, 当光线倾斜地照射至介质表面时, 会构成一个由入射光线与界面法线形成的入射平面。此时, 入射光波的电场能够被分解为两个互相垂直的分量: 其一是位于入射平面内的横磁波(TM波), 也被称为P偏振光; 其二是与入射平面垂直且平行于界面的横电波(TE波), 亦称为S偏振光。S偏振光的电场方向与界面保持平行, 它无法在界面上激发出表面等离子体。而P偏振光的电场方向则垂直于界面, 能够产生倏逝波, 这些倏逝波能够在界面上感应出表面电荷, 进而激发出局限于界面的表面等离子体。光栅散射型配置的物理结构比较简单。其耦合器件通常是一个表面覆盖有金属薄膜的光栅。此外, 当光照射到粗糙的金属表面同样能够与表面等离子体波(SPW)发生耦合(图 1c)。

电磁波发生共振的条件是2个波的频率和波矢相同。入射光和表面等离子体都属于电磁波, 当光线从一个介质进入另一个介质时, 其频率保持不变, 因此产生的倏逝的频率与入射光的频率相同。这种衰逝波能够在界面处激发出表面等离子体波。如图 2所示, 当倏逝波与表面等离子体波在水平方向(即x轴方向, 与表面平行)的波矢实现匹配时, 两者之间将产生共振现象。在y轴方向上的波失为:

入射光的波矢:

$ k = \frac{\omega }{{{\nu _0}}}, $

(1)

$ {\nu _0} = \frac{c}{{{n_0}}} = \frac{c}{{\sqrt {{\varepsilon _0}} }}, $

(2)

$ {k_x} = k\sin \theta = \frac{\omega }{c}\sqrt {{\varepsilon _0}} \sin \theta , $

(3)

式中, c为真空中的光速、ω为入射光的角频率、ε₀为介质的介电常数和θ为入射光的入射角度。

利用Maxwell方程及其边界条件, 我们可以推导出表面等离子体在x轴方向(即与表面平行的方向)的波矢k_sp:

$ {k_{{\text{sp}}}} = \frac{\omega }{c}{\left[ {\frac{{{\varepsilon _1}{\varepsilon _2}}}{{{\varepsilon _1} + {\varepsilon _2}}}} \right]^{1/2}}, $

(4)

式中, ω为入射光的角频率、c为真空中的光速、ε₁为金属的介电常数和ε₂为样品的介电常数。

$ {k_x} = {k_{{\text{sp}}}}, $

(5)

$ \sin {\theta _{{\text{spr}}}} = \sqrt {\frac{{{\varepsilon _1}{\varepsilon _2}}}{{{\varepsilon _0}({\varepsilon _1} + {\varepsilon _2})}}} . $

(6)

可以观察到, 共振吸收角θ_spr是介质、金属以及样品介电常数的函数。一旦介质和金属薄膜的材质被确定, 共振角便仅与样品的介电常数相关。

在共振状态下, 入射光会与表面等离子体发生能量交换, 其中表面等离子体会吸收入射光的一部分能量。这种能量的吸收会干扰界面处的光反射条件, 导致反射光的强度减弱, 出现显著的衰减现象, 使得反射光的强度降至最低点, 此时的反射率达到最低值。反射率随着入射角的变化而变化, 当反射率降至最低点时对应的入射角被称为共振角。

入射光与倏逝波发生共振现象时, 在反射光的接收端产生的共振峰主要用共振或波长、半高宽和共振深来描述。这些特征参数主要取决于结构参数、共振激发方式、金属薄膜材料及厚度等。从检测方式来分类, SPR传感器可分为: 角度调制、波长调制、强度调制和相位调制。

1) 角度调制: 入射光波长固定, 通过改变入射角度来寻找共振角(即反射强度最小处), 并跟踪其随环境折射率的变化。目前市面上的SPR仪器往往选用相干性较低的近红外LED作为光源, 这一选择不仅省去了复杂的机械转动部件, 还有效避免了激光可能带来的干涉效应。在检测端, 通常配置线阵CCD来捕捉并记录不同入射角度下反射光的强度变化。

2) 波长调制: 在固定入射角度的情况下, 利用宽带光源进行照射。通过分析反射或透射光谱的细微变化, 我们可以精确确定共振波长与折射率之间的对应关系。这种方法在推动传感器的小型化和集成化方面展现出显著优势, 尤其适用于光纤SPR传感器以及局域表面等离子体共振光谱的测量。在波长调制的SPR传感器系统中, 光纤常被用作传输介质, 不仅减少了环境因素的干扰, 还进一步提升了系统的整体集成度。

3) 强度调制: 在入射光的波长和角度(接近共振角)保持恒定的情况下, 观察并记录反射光强度如何随环境折射率的变化而变化。

4) 相位调制: 采用固定入射光波长和角度, 通过测量TM波在棱镜底面反射前后的相位变化, 我们可以实现相位的检测。理论和实验数据均显示, 采用相位调制技术能够大幅提升SPR传感器的灵敏度, 与其他调制方式相比, 其灵敏度可提高1~2个数量级。

1.2 SPR传感器的组成

一个典型的SPR传感系统通常由3个核心组成部分构成: 光学组件、传感单元和检测模块, 如图 3所示。光学组件主要包括光源、光路以及其他光学元件, 负责生成满足特定性能标准的入射光线; 传感单元则基于SPR原理, 将待测样本的物理或化学特性转化为敏感膜折射率的改变, 随后利用光学手段将这些折射率变化转换为共振角度或共振波长的偏移量; 检测模块则负责精准测量反射光的强度, 并准确记录下共振吸收峰的具体位置, 从而实现对样本物质的定性和定量分析。

1.3 SPR传感器的主要性能参数

SPR传感器的关键性能指标涵盖灵敏度、分辨率、可检测范围、响应时间以及稳定性和选择性。灵敏度是指传感器对折射率变化的响应程度, 通常与共振波长或共振角的变化量有关; 分辨率是指传感器能够区分的最小折射率变化, 受到噪声水平的限制; 可检测范围是指传感器能够有效检测的折射率变化范围; 响应时间是指传感器达到稳定检测状态所需的时间; 稳定性是指传感器在长时间内保持其性能不变的能力, 这对于确保测量结果的可靠性至关重要; 选择性是指传感器对特定目标分子的识别能力, 即在复杂环境中区分目标分子和干扰物质的能力, 这对于海洋应用尤为重要。

传感器的性能特性, 诸如灵敏度、稳定性及分辨率, 主要受光学系统、金属膜层以及检测单元的共同影响; 传感器的选择性和响应时间, 则更多地取决于金属膜层的特有属性。传感器的检测范围, 通常受制于棱镜的折射率特性。

2 海洋环境SPR传感器研究现状

长久以来, 电化学传感器在海洋资源探测领域得到了广泛应用。特别是美国、加拿大、德国等发达国家, 在海洋探测技术领域持续精进, 各自发展出了独具特色的探测系统, 并且在传感技术领域已经实现了大规模的商业化应用^[9]。但电学传感器易受海水侵蚀而损坏, 失效风险较高。同时, 它对抗压性能、防水性能和抗腐蚀性能有着严苛的要求, 加之容易受到电磁波的干扰, 这些显著的缺陷极大地制约了电学传感器的广泛应用与进一步发展^[10]。近年来, 越来越多的国家不断推进光学探测技术在海洋探测领域的研究与应用。光学传感器因其出色的抗电磁干扰性能、高度的柔韧性、卓越的耐腐蚀性以及较低的成本等优势, 已然成为海洋传感技术研究的前沿热点。在国内, 包括浙江大学、天津大学、中国海洋大学在内的多所知名高校及科研机构, 均已涉足光学传感器在海洋探测中的应用研究。以下部分展示了一些具有海洋应用价值的实验室或现场使用的SPR传感器实例。旨在强调SPR技术的高度灵活性及其作为原位传感器在海洋探测中的应用前景。

2.1 溶解气体检测

甲烷和二氧化碳是引发温室效应的主要气体。然而, 当前对温室气体在水体环境中的溶解量尚无法实现长期、准确且连续的监测, 因此亟需开发新型传感器。2008年, Boulart等^[11]报道了一种能够在实验室条件下检测溶解甲烷浓度范围为0~400 nmol/L的传感器, 其检测限为0.2 nmol/L。该传感器的换能装置采用了Spreeta模块, 并在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质中加入了对甲烷具有渗透性的特定膜层, 膜层中掺入了环糊精-A分子^[12]。环糊精-A能够包裹甲烷分子, 并对溶解甲烷表现出强烈且可逆的亲和力。该传感器首先在实验室中进行了测试, 随后应用于波罗的海的航行探测过程中。通过在船上通过水泵抽海水进行试验, 该传感器实现了溶解甲烷浓度的实时剖面测量。

此外, 2012年还报道了一种用于检测二氧化碳的SPR传感器^[13]。该传感器的特定膜层由疏水性脒类化合物(N, N, N-三丁基戊烷脒)构成, 并嵌入了一种对二氧化碳具有渗透性的聚合物基质——乙基纤维素中。然而, 该传感器仍需进一步验证; 但该传感器采用的方法已能够在实验室条件下检测到检测限为7毫大气压(matm)的二氧化碳分压(pCO₂)。

2.2 金属离子检测

对于金属离子测量的主要难点在于获得对单一金属离子具有特异性的受体。大多数受体对的是一类金属元素而不是单个金属元素。2004年, Wu等^[14]在缓冲液中基于哺乳动物兔金属硫蛋白(MT)受体, 检测了Cd、Zn和Ni。这种蛋白质受体能够与这些金属元素结合, 但传感器只能检测到的质量浓度最低0.1 μg/mL。2005年, Forzani等^[15]证明, 通过在表面功能化短肽序列, 可以选择性检测到低于每升纳摩尔(nmol/L)范围的Cu²⁺或Ni²⁺。Ock等^[16]提出了一种聚合物层, 由聚氯乙烯-聚醋酸乙烯酯-聚乙烯醇(PVC-PVAc-PVA)共聚物薄膜组成, 其中掺入了称为squarylium分子的染料。这种染料能够特异性地选择与Cu²⁺结合, 他们实现了对Cu²⁺离子的高灵敏度和大线性动态范围的检测, 这种传感器对Cu²⁺离子的选择性非常高, 该方法能够检测到每升皮摩尔(pmol/L)级浓度的Cu²⁺。实验结果还表明, 该传感器对其他金属离子如Ag⁺, K⁺, Na⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Co²⁺, Li⁺, Cd²⁺, Hg²⁺和Pb²⁺的敏感性并不显著。然而, 上述传感器仅用于含有不同离子的掺杂溶液中, 对于在海水的复杂环境使用还需要进一步的研究验证。

2.3 海洋生物毒素检测

传统检测海藻中毒素的分析方法主要为液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)或高效液相色谱-荧光检测法(HPLC-FLD)。这些技术虽然具备高度准确性, 但也要求操作人员具备较高的技术水平, 检测过程耗时较长且成本较高, 且这些方法并不适用于现场或原位检测。近年来, 采用SPR传感器检测海藻毒素的研究得到了广泛关注。例如, Loterzio等^[17]开发了一种基于分子印迹聚合物(MIP)的传感系统, 用于检测软骨酸(DA), 其检测的质量浓度范围为2~3 000 ng/mL。为实现对低浓度DA的检测, 该方法采用了与过氧化物酶(HRP)结合的竞争检测格式。该传感器展现出了一些较传统检测方法的优异特性, 但其仅在掺有软骨酸的缓冲溶液中进行了验证。Yu等^[18]报道了一种使用单克隆抗体的抑制检测法, 能够在蛤蜊的提取物中检测DA, 检测限低至0.1 ng/mL。有研究表明SPR生物传感器也可实现多重检测。Campbell等^[19]开发了一种实验室内使用的微流控装置, 包含16个检测通道, 能够同时检测4种藻类毒素(软骨藻酸、冈田酸、新石房蛤毒素、石房蛤毒素), 检测质量浓度范围在纳克/毫升级别。两年后, McNamee等^[20]使用该实验装置对来自欧洲海域的256个海水样本中生物的细胞提取物进行了毒素检测。

2.4 海洋温盐深测量

早在20世纪90年代, Tseng等^[21]就已经采用了一种基于光纤表面等离子体共振(SPR)技术来测量溶液的盐度, 该方法通过测量折射率来实现。在2006年, Gentleman等^[22]通过在SPR传感区域先镀上一层2 nm厚的铬(Cr)膜, 随后再镀上50 nm厚的金(Au)膜(如图 4所示), 成功研制出一种新型传感器。此传感器能够有效检测盐度范围在28~42, 并且达到了2×10^‒4的灵敏度。与以往的棱镜式SPR检测技术相比, 该传感器的灵敏度实现了数量级的提升。然而, 该研究并未将温度对盐度测量的潜在影响纳入考虑范围。李浩等^[23]研发了一种基于表面等离子体共振原理的反射型传感器。他们巧妙地利用了海水折射率随盐度变化的物理特性, 通过精准测量折射率来间接推算出海水的盐度。此外, 为了提高传感器的功能, 他们在传感器表面涂覆了一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为温度敏感材料, 使得传感器同时具备了温度测量的能力。实验结果显示, 该传感器对盐度的灵敏度达到了3.1×10^‒5, 而对温度的灵敏度则为2.02 nm/℃。

目前, 同时测量盐度温度和海水压力的传感器也在不断发展, 2019年赵勇等^[24]提出分别利用2种不同的感光材料分别涂覆在SPR传感器金膜的不同部位, 形成3个不同敏感区域, 这是首次集成反射式光纤型SPR传感器同时测量海水温度、盐度、压力3个参数。

2.5 海洋微生物检测

在海洋生态学的研究中, 对生物体的识别与编号具有重要意义。结合机器学习算法的自动成像系统^[25]已经被证明对中型或微型浮游动物的检测具有较高的准确性。然而, 许多海洋微型生物仅依赖其形态学特征无法彻底区分。因此, 开发了可以特异性识别的海洋生物传感器。目前, 海洋生物检测的主要方法有2种: 生物核酸传感器和生物细胞传感器。

第一种方法通过提取海洋生物的核酸(DNA或RNA)并利用SPR技术检测特定的序列。1999年, Kai等^[26]展示了通过SPR技术检测大肠杆菌特定基因的聚合酶链式反应(PCR)产物的可行性。

第二种方法是通过合成对特定细胞具有特异性的受体, 该方法已用于对不同的大肠杆菌物种检测。这一方法的研究已发表了大量成果。例如, Torun等^[27]报道了一种利用特异性抗体的生物传感器, 该传感器能够检测到每mL低至数十菌落形成单位(CFU/mL)的大肠杆菌。Abadian等^[28]研究者则将SPR成像技术应用于大肠杆菌生物膜的研究, 并展示了其检测单个菌落的能力。McCoy等^[29]在2011年报道了通过MIDTAL微阵列和多重表面等离子体共振(multi SPR)生物传感器技术检测Alexandrium minutum及其产生的麻痹性贝类毒素(PSP)。

2.6 水下原位SPR传感器研究展望 2.6.1 海水盐度检测

Díaz-Herrera及其团队首次展示了一种基于测量光的折射率的水下表面等离子共振(SPR)传感器^[30]。该传感器主要应用于沿海水下场景, 使用抛光并覆盖多层薄膜的单模光纤。该系统为强度调制型SPR: 使用LED作为单色光源, 并用CCD测量反射率变化。他们报告的折射率分辨率约为3×10⁻⁵, 但仅有论文中报道的系统数据与海洋学参数无关。

Kim及其团队展示了一种用于原位测量海水溶解有机碳(DOC)浓度的SPR传感器^[31]。其设计思路是, 海水的折射率和导电率与DOC和离子浓度有关, 但两者的关联方式不同。通过在沿海水下地区结合这两种关联方式, 研究人员发现了海水盐度保持不变但折射率变化的区域, 把引起变化的原因归为DOC。在论文中, 他们通过光纤传感器进行了反射光谱测量, 系统的灵敏度约为1 600 nm/RIU, 分辨率(单位质量比的RIU)为2×10⁻⁴ RIU/10^–12。但该传感器的性能相对较低, 但光纤探头非常小, 其能够快速响应温度变化。

上述研究表明, 目前SPR传感器在海洋盐度测量方面已经取得了一些进展, 但还需要进行一些基础的计量学方面的研究计算, 确定折射率变化与海水相关属性的关联, 还具有非常大的研究前景。

2.6.2 海洋生物毒素检测

Colas及其团队在2016年提出了一种用于检测溶解毒藻酸(DA)的水下SPR生物传感器^[32]。该传感器的接收端采用光谱仪。光纤用于将光源的光引导到棱镜再引导到光谱仪。由于光纤中存在一些偏振问题, 光纤系统通常比棱镜系统灵敏度更低。该传感器整体由3部分组成(如图 5所示): 包含棱镜和一些光学元件的光电探头, 以及一些电子仪器、嵌入式计算机、光谱仪、光源及用于分析深水注射流动的流体模块的容器^[33]。传感器通过网络与嵌入式计算机实现远程通信, 再从船上控制, 成为一个远程实验室。

而传统水下实验室流动分析法通过采集海水样本后带回实验室进行分析。这种方法需要复杂的采样设备、运输和存储条件, 且分析过程通常需要较长时间。其虽然可以通过优化实验条件实现较高的灵敏度, 但由于采样和运输过程中的潜在干扰, 实际检测限可能较高。此外, 传统方法的检测时间较长, 无法实现原位实时检测, 难以满足海洋环境监测的实时性需求。

该光谱仪在原位测定的灵敏度约为5 000 nm/RIU。检测方式基于单克隆抗体的抑制分析法, 以实现极低的检测限(LOD)。通过事先注入已知毒藻酸浓度的校准溶液, 原位测定的检测限为0.1 ng/mL。该传感器可通过注入NaOH溶液进行再生。

样品泵入先通过0.2 μm的网状过滤器, 与抗体孵育15 min后将混合物注入SPR流动池等待15 min, 之后再用磷酸盐缓冲盐水(PBS)冲洗10 min, 再注入NaOH溶液再生5 min, 再次用PBS冲洗。整个测量过程总时长约需45 min。

图 6是使用该传感器进行原位检测的一个示例。图中曲线表示进行了2次连续测量, 检测了2份样品, 分别为不含DA和含有0.5 ng/mL的DA。SPR的波长的总偏移分别为4 nm和2.5 nm。随后, 通过适当的校准程序, 可以定量检测毒素。

这是目前已知的第一个公开报道的SPR海洋原位生物传感器, 应该还会有很多其他的类似传感器。SPR已被证明在检测海洋溶解气体、海洋生物毒素以及海洋金属离子方面可以取得一些研究成果。在过去几十年中快速发展中已经克服了绝大多数技术性问题, 海洋原位SPR传感器的快速发展阶段也即将到来。

3 展望

SPR传感器因其特异性强、灵敏度高、样品无需纯化、不需要对分子进行标记、可实时进行检测的特点在许多领域得到应用, 已经迅速发展成为一种新兴的检测技术, 可以检测海水中溶解的气体、海水中的金属离子、农药、海洋生物毒素和海洋微生物等, SPR传感器的迅速发展为其在海洋领域应用提供了巨大机会。

SPR传感器作为一种高灵敏度、无需标记的检测技术, 近年来在海洋探测领域得到了广泛关注。对于SPR传感器的研究热点主要集中于传感器的多通道与集成化设计、传感器的小型化与便携化、新型功能化表面的开发、实时原位检测技术。然而, 在海洋应用中, SPR传感器的研究热点和技术问题也逐渐凸显, 主要集中于应对复杂的海洋环境、光纤SPR传感器的偏振问题、多通道SPR传感器参数集成化的挑战、数据处理与分析的复杂性。生物附着也是海洋传感器面临的一个重要问题。生物附着不仅会干扰传感器的正常工作, 还可能导致传感器性能下降甚至失效。对于SPR传感器而言, 生物附着会影响其表面的光学性能和功能化层的稳定性, 进而影响检测精度和灵敏度。目前SPR传感器主要采用声波清洗、水流冲洗和化学方法对其进行维护。海洋原位SPR传感器主要通过采用防污涂层和定期水流冲洗的方法, 有效减少了生物附着物的积累, 提高了传感器的稳定性和可靠性。在深海环境中生物附着物的种类和数量相对较少, 但仍需要考虑防污措施。例如, 使用耐腐蚀材料和抗菌涂层可以有效延长传感器的使用寿命。开发经济高效、长期稳定的防污技术仍然是未来研究的重要方向。探索具有更高防污性能和稳定性的新材料、开发智能化的防污系统有望进一步提高SPR传感器在海洋环境中的应用效果。

现在已知的已经有3种海洋原位SPR传感器被提出。其中2个通过检测海水折射率来检测海水密度, 所以该类SPR传感器在检测海水盐度方面有着很大优势, 另一种原位SPR为生物传感器, 能检测多莫酸, 其为一种能够导致一些藻类中毒的小分子。然而, 将这些研究成果转化为实际应用仍面临挑战, 如传感器的成本效益分析和大规模部署的可行性。目前的研究工作表明, 基于SPR技术研发的新型海洋传感器在海洋探测方面可以解决许多科学问题。但在SPR技术的应用中存在一些不足和盲点。许多研究集中在实验室条件下, 缺乏在实际海洋环境中的验证。此外, SPR传感器的环境适应性和长期稳定性仍需进一步研究。当前的研究框架可能过于依赖实验室数据, 而忽视了海洋环境的复杂性和动态变化。为了突破现有瓶颈, 需要改进SPR技术在海水探测领域的应用。例如, 开发新型的表面功能化材料以提高传感器的选择性和灵敏度, 或者结合其他传感技术以增强SPR传感器的综合性能。未来的研究方向可能包括: 1)开发能够在复杂海洋环境中稳定工作的SPR传感器; 2)探索新的SPR配置和材料以提高传感器的灵敏度和选择性; 3)结合机器学习和数据分析技术, 提升SPR传感器的数据处理和分析能力。这些方向不仅能推动SPR技术在海洋探测中的应用, 也可能为其他领域的传感探测技术提供新的思路。

通过上述分析, 可以看出SPR技术在海洋探测领域的应用研究具有广阔的前景和挑战。未来的研究应更加注重实际应用的需求, 推动理论研究与实际应用的紧密结合, 以实现SPR技术在海洋探测领域的广泛应用。