實時寬譜光子晶體生物傳感器的研究.pdf

1、隨著醫(yī)療衛(wèi)生問題的凸顯，對快速、準確、便捷的傳感檢測技術(shù)的要求也更加迫切。光子晶體生物傳感器，能夠通過納米尺度的度量并結(jié)合光譜分析來表征生物分子量級發(fā)生的變化，受到業(yè)界極大關(guān)注。本文提出了一種基于硅材質(zhì)二維三角晶格光子晶體的生物傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測待測物的濃度變化，具備易用、重用、快速實時等特點。根據(jù)推導得出的反射模型優(yōu)化了二維光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并設(shè)計了制備工藝流程。設(shè)計并實施了葡萄糖溶液檢測實驗，對生物傳感器的性能進行了驗證。進而提

2、出了一種寬譜尋峰算法，對實驗得出的光譜數(shù)據(jù)進行處理，利用此算法能夠?qū)崟r、準確且自動的測量底物的濃度。
　　首先，根據(jù)麥克斯韋方程組推導出二維光子晶體的主方程，基于此研究了簡單晶格二維光子晶體和波導光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)；利用嚴格耦合波法(RCWA)推導出光子晶體結(jié)構(gòu)的反射模型。
　　其次，根據(jù)理論模型，研究了晶格周期、占空比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對生物傳感器特性的影響，并結(jié)合現(xiàn)有的納米材料制作工藝水平，確定出二維光子晶體生物傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)

3、，并對該結(jié)構(gòu)進行理論仿真分析。設(shè)計工藝流程制作了二維光子晶體模板，通過掃描電子顯微進行了形貌特征的鑒定，同時利用光譜成像系統(tǒng)對其光學性能進行驗證。
　　最后，搭建了二維光子晶體生物傳感器光譜成像測試系統(tǒng)平臺。設(shè)計并實施了測量實驗，獲得不同濃度的葡萄糖溶液在生物傳感器中的寬譜反射光譜。將得到的實驗光譜數(shù)據(jù)整理分析，并與理論模型比較，同樣對濃度變換有線性反映。結(jié)合平滑濾波、希爾伯特變換以及高斯擬合，提出了一種自動快速尋峰的算法，為光子