طراحی نانو حس‌گر زیستی پلاسمونیک مبتنی بر تشدیدگر حلقوی بلوره فوتونی جهت تشخیص غلظت گلوکز با حساسیت و فاکتور کیفیت بالا

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران.

چکیده

در این مقاله به طراحی و شبیه‌سازی یک نانوحس‌گر زیستی بر پایه بلوره فوتونی دوبُعدی با استفاده از رزوناتور حلقوی مربعی برای کنترل غلظت گلوکز پرداخته‌ شده است. ویژگی‌های نوری رزونانس حلقوی مربعی با استفاده از روش FDTD تحلیل و پیش‌بینی شده است. این حس‌گر شامل یک موج‌بر افقی و یک موج‌بر خروجی عمودی و یک نانو تشدیدگر است. پارامترهای حساس در رزوناتور حلقوی بستگی به ضریب شکست‌های مواد مورداستفاده دارد. به همین ترتیب غلظت گلوکز را می‌توان در نظارت قرار داد. در حس‌گر زیستی با تغییر ماده مور اندازه‌گیری، ضریب شکست آن تغییر می‌کند که باعث تغییر در نحوه انتشار پالس می‌شود و با اندازه‌گیری طول‌موج تشدید در ساختار مو‌ج‌بر، می‌توان عملیات اندازه‌گیری را انجام داد. به‌منظور انعطاف‌پذیری ساختار طراحی‌شده و همچنین، کاربردی بودن آن به ایجاد تغییراتی در موج‌برهای خروجی ساختار پرداخته شده است. با انتخاب میله‌های پراکندگی از جنس نانوذرات طلا به‌دلیل اثرهای پلاسمونیک بر ساختار، پارامترهای طول‌موج رزونانس، ضریب کیفیت و حساسیت به‌ترتیب حدود 1554 نانومتر، 850 و nm/RIU 660 به‌دست آمده است. همچنین، به دلیل عملکرد نانوحس‌گر در گستره سوم طول‌موج مخابراتی، پراکندگی نیز در حداقل مقدار خود قرار دارد

 
[1] D. R. Thévenot, K. Toth, R. A. Durst, and G.S. Wilson, "Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification," Biosensors and bioelectronics, 16, 121-131, (2001).
[2] S. Robinson and N. Dhanlaksmi, "Photonic crystal based biosensor for the detection of glucose concentration in urine," Photonic Sensors, 7, 11-19, (2017).
[3] V. Dinesh, "Analysis and simulation of photonic crystal components for optical communication," PhD Dissertation, (2003).
[4] N. F. Areed, M. F. O. Hameed, and S. Obayya, "Highly sensitive face-shaped label-free photonic crystal refractometer for glucose concentration monitoring," Optical and Quantum Electronics, 49, 5-10, (2017).
[5] T. Suganya and S. Robinson, "2D Photonic crystal based biosensor using rhombic ring resonator for glucose monitoring," ICTACT J Microelectron, 3, 349-4, (2017).
[6] B. Mounir, C. Haouari, A. Saïd, and A. Hocini, "Analysis of highly sensitive biosensor for glucose based on a one-dimensional photonic crystal nanocavity," Optical Engineering, 58, 2, 027102, (2019).
[7] S. Olyaee, A. Naraghi, and V. Ahmadi, "High sensitivity evanescent-field gas sensor based on modified photonic crystal fiber for gas condensate and air pollution monitoring," Optik, 125, 596-600, (2014).
[8] Z. Rashki and S. J. S. M. Chabok, "Novel design of optical channel drop filters based on two-dimensional photonic crystal ring resonators," Optics Communications, 395, 231-235, (2017).
[9] R. Bendjelloul, T. Bouchemat, and M. Bouchemat, "An optical channel drop filter based on 2D photonic crystal ring resonator," Journal of ElEctromagnEtic WavEs and applications, 30, 18, 2402-2410, (2016).
[10] P. Andalib and N. Granpayeh, "Optical add/drop filter based on dual curved photonic crystal resonator," in 2008 5th IEEE International Conference on Group IV Photonics, 12, 249-250, (2008).
[11] H. Alipour-Banaei, M. Jahanara, and F. Mehdizadeh, "T-shaped channel drop filter based on photonic crystal ring resonator," Optik-International Journal for Light and Electron Optics,,125, 5348-5351, (2014).
[12] F. Mehdizadeh, H. Alipour-Banaei, and S. Serajmohammadi, "Channel-drop filter based on a photonic crystal ring resonator," Journal of Optics, 15, 075401,(2013).
[13] S. Rezaee, M. Zavvari, and H. Alipour-Banaei, "A novel optical filter based on H-shape photonic crystal ring resonators," Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 126, 2535-2538, (2015).
[14] S. Robinson and R. Nakkeeran, "Coupled mode theory analysis for circular photonic crystal ring resonator-based add-drop filter," Optical Engineering, 51, 114001-114001, (2012).
[15] F.-L. Hsiao and C. Lee, "A nano-ring resonator based on 2-D hexagonal-lattice photonic crystals," in Optical MEMS and Nanophotonics, 2009 IEEE/LEOS International Conference on,10, 107-108, (2009).