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

عنوان مقاله [English]

Bio-Sensor Based on Surface Plasmon Polariton: Study, Comparison and Optimization

نویسندگان [English]

  • M. Goli
  • S. Mahmoudi
  • M. Moradi
چکیده [English]

In this paper, bio-sensors based on surface plasmon polariton, including plasmonic metals, such as gold and silver have been investigated. The functional principle of the sensing system is based on the shift in the minimum of reflectivity in glass/plasmonic metal/dielectric structure. For obtaining the surface plasmon polariton resonant excitation, the reflectivity of structure in the thicknesses of 10 to 80 nanometer of plasmonic metal is calculated and optimum thicknesses have been found. For gold and silver thin films, the minimum of reflectivity in thicknesses of 45 and 47.5 nm were obtained, respectively. In the following, sensitivity in optimum thicknesses has been investigated with more details. Glass/Au/Blood and Glass/Ag/Blood biosensors were shown 1.8 and 1.37 degree shift in minimum reflection for each 0.01 change in refractive index of blood, respectively. These results have proved that for gold included blood bio-sensor has an acceptable sensitivity which can be considered as a simple high sensitive bio-sensor

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface plasmon polariton
  • Bio-sensor
  • Kretschmann configuration
  • Thin film
  • Effective refractive index

مراجع

[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
نانومقیاس
دوره 5، شماره 3
مهر 1397
صفحه 209-213

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 آبان 1399
  • تاریخ پذیرش: 09 آبان 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار