由于LSPR中的消光现象是由纳米粒子对光的吸收和散射造成的，因此LSPR的实现不需要表面等离子体共振(SPR)那样庞大的实验装置。LSPR技术可以制作出体积小、系统设置简单的生物传感器，较传统的SPR生物传感器有很大的差别。
但是，这两种传感器之间存在着一个相同的关系。它们的全响应都能够通过如下等式来描述[79]：
这里Δλmax是波长移位响应，m是折射率灵敏度，Δn是折射率由吸收引起的折射率变化量，d是有效吸收层的厚度，ld是特征电磁场的衰变长度。值得注意的是，对于平面LSPR传感器，这个等式在数值上说明了传感器上吸附物的影响。当用于LSPR纳米传感器的时候，这个指数方程不仅近似于吸收物层的响应，还对它的响应在数值上作了详细的解释[31,32]。同SPR传感器类似，LSPR纳米传感器的灵敏度取决于距离，而距离取决于来自纳米粒子表面电场的平均诱发区域。
为了清晰的说明，列表总结LSPR技术与SPR技术的比较如下（表1）： 特性 无标记检测 距离影响 模式 温控要求 化学识别 场移植 商业应用 造价 空间分辨率 非特定约束 实时测量 多通道能力
表1 LSPR传感器与SPR传感器的比较
SPR LSPR 可以[78,80,89,100] ~1000nm[79]
角位差[94]，波长差，成像 需要 SPR-Raman 不可以 开始
$150,000-$300,000 ~10×10μm[95,101]
最小（取决于表面化学成分和清洗）[77,97,98,100,102]
[77,80,98,99,103]
可以[22,38,46,57]
~30nm（尺寸可调）[31,32] 2×102nm/RIU[31,46]
消光[22]，散射[39, 57]，成像[39, 57] 不需要 LSPR-SERS 可以 尚未
$5,000（多粒子），$50,000（单粒子）
1个纳米粒子[39, 57,96]
最小（取决于表面化学成分和清洗）[22]
[57]
106nm/RIU[77,79,81,97] 折射率灵敏度 2×
时间范围=10-1-103s，平面扩散 时间范围=10-1-103s，幅射扩散
可以[93,104]
可以并有研发潜力 更好[31]
5
小分子灵敏性 好[77]
微流体兼容性 有 有研发潜力
四、DDA算法
离散偶极近似算法(DDA)是近年发展起来的一种数值方法，原则上对任意形状及尺寸的纳米颗粒的吸收、散射及消光等光学特性进行计算。DDA算法与实验测得的紫外-可见吸收光谱的结合已成为认识纳米颗粒的结构特点及光学性质的重要手段之一，在计算光与金属纳米颗粒的相互作用方面具有较强的优势。
为计算任意大小及形状的纳米颗粒的光学性质，DDA算法首先将该颗粒视为N个立方单元构成的集合体，再把每个立方单元视为电偶极子来处理[105]。任一个电偶极子与局域场的相互作用表示为（忽略频率因子eiwt）
式中表示单个偶极子的极化率；偶极场两者组成，即
由入射光场和其他偶极子在该处所形成的
式中，E0为入射光电场的振幅，k为波矢，相互作用矩阵如下：
在这个公式中有如下关系：
将式(5)与(6)代入式(4)并整理可得到：
再将此式写作矩阵形式：
对于包含N个电偶极子的体系来说，P和E都是3N维矢量，A’为3N×3N的对称矩
6
阵。解此3N复线性方程可求得极化矢量分)可由以下方程求得[106]：
，从而消光系数(包括吸收与散射两部
以螺旋银纳米结构为例，通过DDA计算，我们可以发现这种结构可以很好的实现等离子体峰调制和电场分布排列。随着螺旋体半径的增加，主要的等离子体峰受到s偏振，右旋圆偏振，以及左旋圆偏振入射的影响而发生红移。即使不改变结构，通过把入射光从左旋圆偏振改变为右旋圆偏振，等离子体峰也能够实现可调。除此之外，最大电场的空间分布可以通过改变入射光的偏振方向来调节：对于位于主要的等离子体峰波长的s偏振光来说，最大电场分布在螺旋横截面附近，或者接近螺旋中轴线，这是由于强耦合作用形成的；而对于圆偏振光，根据入射方向，最大电场会位于螺旋的顶端或者底部。所以，对于传感和分析领域来说，通过使用不同的入射偏振，我们可以从空间上断定被分析物在螺旋中的位置。因此，我们可以获得空间分辨的被分析物信息。在实际中，它可以在亚微米量级内判定被分析物的空间分布情况。
5．LSPR传感系统的基本构造
5.1 基于光纤的生物传感系统
如图1所示这个系统包括一个激光器(Hitachi HL6320G laser diode, 635 nm, 10mW; Thorlabs LDC500 laser diode controller; Thorlabs TEC2000 temperature controller; Thorlabs TCLDM9 laser mount)，一个斩波器(Stanford Research SR540)，一个光纤耦合器，一条传感光纤，一个样液池(10mL)，一个光接收器(Thorlabs PDA55)，一个锁相放大器(Stanford Research SR830)。将乙酰胆碱(ACh)溶液放入样液池中，并使LSPR传感器水平放置。在达到平衡后，在容器中放入特定量的对氧磷，60秒后会产生一个新的稳定响应，它们之间的反应可在2到4分钟内测量。
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图1 LSPR生物传感器系统的示意图
5.2 基于反射的光纤(RFO)传感系统
RFO对于高压的构造如图2所示。这个系统由一个激光器(Hitachi HL6320G laser diode, 635nm, 10mW; Thorlabs LDC500 laser diode controller; Thorlabs TEC2000 temperature controller; Thorlabs TCLDM9 laser mount)，一个斩波器(Stanford Research SR540)，一个分光器，一个锁相放大器(Stanford Research SR830)，以及一个图片接收器(Thorlabs PDA55)组成。图2的放大部表示没有覆盖的光纤穿过一个1/16英寸的PEEKTM联合管套筒。PEEKTM联合接线至一个热控制的高压室中，接线管为1/4英尺长，0.065英尺厚的不绣钢高压管，在450 K下可以承受高达70MPa。高压室的温度通过循环水浴(Wisdom, model LC-06)保持误差在±0.05K内。在高压室中使用镍镉-镍铝热电偶(Thermocoaxe Type K)测量待测液样温度，热电偶通过铂温度计(Guildline, model 9540)校准。温度测量的精确度在±0.01K之内。压力测量使用仪器为精确度在±0.05MPa内的50.4MPa的压力变换器(Sensotec, model AG-300)。高压源容器用来供给超临界二氧化碳(SCCO2)，高压液体泵(Shimadzu LC-8A)把被分析溶液压入高压室。每个测量至少重复5次。测量受体单位浓度时，归一化强度会发生变化，从而可以确定金纳米粒子修饰的LSPR光纤传感器的灵敏度。
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图2 高压条件下基于反射的光纤传感系统示意图
6．LSPR传感器的构造
目前出现的各种新型的，把生物识别反应转换成放大的光电信号的设备的基础是纳米金和银粒子所产生的局域表面等离子体共振光谱及其电学性质。T. Schalkhammer[107]曾详细地论证了1个金属镜面上能够结合聚合物隔离层、生物反应层和与生物识别相结合的纳米金属簇，借助于簇与镜面偶极分子之间的相互作用(连接或解离)，通过产生的共振增强光谱从而转换成清晰可检测的光学信号，如图3所示。
图3 放大了的金属簇光学生物传感器组成
图4所示的是基于电光调制的LSPR生物传感器，左上图为该生物传感器的实物照片，右上图为该生物传感器的截面示意图。这种LSPR生物传感器的设备结构制作在x-剖面，y-方向的LiNbO3上，这种材料具有优异的电光效应。
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