حسگر زیستی مبتنی بر تحریک پلاسمون پلاریتون‌های سطحی: بررسی، مقایسه و بهینه‌سازی

نویسندگان

پژوهشکده علوم فناوری نانو، دانشگاه کاشان، کاشان

چکیده

در این مقاله حسگر زیستی بر پایه تحریک پلاسمون پلاریتون سطحی شامل فلزات پلاسمونیک طلا و نقره مورد بررسی قرار گرفت. اساس عملکرد این حسگر بر حسب مقدار جابجایی در زاویه کمینه بازتاب از سطح ساختار تعریف شد. بازتاب ساختار سه لایه شیشه/فلز پلاسمونیک/دی‎الکتریک در ضخامت‌های 10 تا 80 نانومتر برای زوایای تابشی مختلف مورد محاسبه قرار گرفت و ضخامت بهینه برای داشتن بیشینه تحریک پلاسمون سطحی بدست آورده شد. کمینه بازتاب به ترتیب در ضخامت‎های 45 و 5/47 نانومتر برای ساختارهای شامل طلا و نقره بدست آمد و سپس قدرت حسگری این ساختار در ضخامت بهینه مورد بررسی دقیق‌تر قرار گرفت. در ساختار شیشه/طلا/خون به ازای 01/0 تغییر در ضریب شکست به مقدار 8/1 درجه در کمینه بازتاب جابجایی مشاهده می‌شود که این مقدار برای حسگر نقره برابر با 37/1 درجه بدست آمد. نتایج نشان دادند که برای ماده زیستی خون، حسگر شامل فلز پلاسمونیک طلا دقت قابل قبولی دارد که می‎تواند به عنوان یک حسگر زیستی ساده با دقت بالا پیشنهاد شود.

کلیدواژه‌ها


[1] B. R. Eggins, Biosensors: an introduction. Wiley, 1996. [2] R. Bashir, S. Wereley, M. Ferrari, “Biomolecular sensing, processing and analysis”, Springer, 2006. [3] B. R. Eggins, “Chemical sensors and biosensors”, Wiley, 2002. [4] L. G. Carrascosa, M. Moreno, M. Alvarez, L. M. Lechuga, “Nanomechanical biosensors: a new sensing tool”, Trends in Analytical Chemistry, 25, 196-206, 2006. [5] A. Abbas, M. J. Linman, and Q. Cheng, “New trends in instrumental design for surface plasmon resonance-based biosensors”, Biosensors and Bioelectronics, 26, 1815-1824, 2011. [6] B. Liedberg, C. Nylander, I. Lundstrom, “Biosensing with surface plasmon resonance how it all started”, Biosensors and Bioelectronics, 10, 1-9, 1995. [7] T. Chung, S. Lee, E. Y. Song, H. Chun and B. Lee, “Plasmonic nanostructures for nano-scale bio-Sensing”, Sensors, 11, 10907-10929, 2011. [8] A. J. Haes, C. L. Haynes, A. D. Mcfarland, G. C. Schatz, R. P. Vanduyn and Sh. Zou, “Plasmonic materials for surface-enhanced sensing and spectroscopy”, Materials Research Society Bulletin, 30, 368–375, 2005. [9] H. Raether, “Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings”, Springer, 91-116, 1988. [10] Y. Demidenko, D. Makarov, O. G. Schmidt, and V. Lozovski; “Surface plasmon-induced enhancement of the magneto-optical Kerr effect in magneto plasmonic heterostructures”, Optical Society of America B, 28, 2115, 2011. [11] Y. Yanase, T. Hiragun, K. Ishii, T. Kawaguchi, T. Yanase, M. Kawai, K. Sakamoto and M. Hide, “Surface plasmon resonance for cell-based clinical diagnosis”, Sensors, 14, 4948-4959, 2014. [12] M. Moradi and M. Ghanaatshoar, “Cavity enhancement of the magneto-optic Kerr effect in glass/Al/SnO2/PtMnSb/SnO2 structure”,? Optics Communications, 283, 5053-5057, 2010. [13] O. Zhernovaya, O. Sydoruk, V. Tuchin and A. Douplik, “The refractive index of human hemoglobin in the visible range”, Physics in Medicine and Biology, 56, 4013–4021, 2011. [14] A. Nahmad-Rohen, H. Contreras-Tello, G. Morales-Luna and A. Garcia-Valenzuela, “On the effective refractive index of blood”, Physica Scripta, 91, 015503, 2016. [15] S.K. Srivastava and I. Abdulhalim, “Spectral interrogation based SPR sensor for blood glucose detection with improved sensitivity and stability”, J. Biosens. Bioelectron. 6, 172, 2015. [16] C. W. Lin and C. C. Chang, “Breast cancer detection using surface plasmon resonance-based biosensors”, Biosensors and cancer, 229-247, 2012. [17] A. K. Sharma, R. Jha and H. S. Pattanaik, “Design considerations for surface plasmon resonance based detection of human blood group in near infrared”, J. Appl. Phys. 107, 034701, 2010. [18] J. Popp, V. V. Tuchin, A. Chiou, S. H. Heinemann (eds.), Handbook of biophotonics: Photonics for Health Care, Wiley-VCH Verlag GmbH