基于微纳结构的高性能光学生物传感器构建及性能研究

发布时间：2025-03-30 06:49

　　光学生物传感器是利用光学信号来检测生物样品状态变化的装置。近年来,随着纳米技术的巨大进步,将新型纳米材料和先进的光学传感技术相结合,设计并制造新一代的高性能微纳结构光学生物传感器成为了可能,这类传感器具有检测快速简便、高灵敏度、微小尺寸和无损测量等优点,便于集成和实现智能化,这为整个传感器领域打开了一扇新的大门。因此,构建并研究基于微纳结构的高性能光学生物传感器具有重要的理论价值和现实意义。在目前主要的微纳光学传感器类型中,基于表面等离子体共振的光学生物传感器是报道最多的之一,但这类传感装置对激发条件要求高,且其分辨率普遍偏低;而基于光纤技术的微纳传感器测量稳定性难以保证,并且由于其几何形状难以集成。针对这些问题,本论文基于先进的光学Tamm态理论,引入几种具有金属介电特性的新型微纳米材料与光子晶体结合,创新性地构建了基于微纳结构的系列光学生物传感器,对它们的传感增强机理进行了系统研究,并通过数值仿真验证了所构建传感器的可行性和高效性。论文的主要内容如下:1.首先介绍了光学生物传感器的结构和原理,在综合分析几种典型的微纳结构光学传感器性能及其国内外发展状况基础上,提出基于表面缺陷态的光子...

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1生物传感器的结构[2]

1第1章绪论生命科学和纳米技术是当今科学领域的两大研究热点。随着生物传感技术和纳米技术的飞速发展，近年来实现了新型光学生物传感器与纳米材料的结合，基于微纳结构的光学生物传感器应运而生，这种传感器不但具有微小的尺寸，而且具有优于常规传感器的检测性能[1]，微纳结构的光学生物传感器己....

图1-2基于不同检测技术的微纳光学传感结构：(a)基于SPR技术的金属微纳光学传感器；[13]

说苯翊?辛煊虮还惴貉芯康囊桓鋈?点，同时也满足当今电子产品集成化、智能化和多功能化发展的需要。1.2微纳结构光学传感器及其研究现状微纳结构光学传感器通常是指其尺寸在微米(10-6m)甚至纳米(10-9m)级别的一类新型光学器件，它具有体积孝灵活方便、只需要少量分析物、能够实时并行....

图1-4光纤和光传播的截面图，θ是光在核心/包层界面的入射角，dp是穿透深度，con和cln分

5的绝缘屏蔽作用，光纤生物传感器具有抗干扰能力强、无需参考电极、操作方便并可实现远程遥控检等优点[37]。图1-4光纤和光传播的截面图，θ是光在核心/包层界面的入射角，dp是穿透深度，con和cln分别表示线芯和包层的折射率。大部分的光沿纤芯传播，进入包层的小部分为倏逝场[27]....

图1-51D，2D和3D光子晶体的原理图，每种颜色代表不同的折射率[40]

6的其它传感器相比，光子晶体折射率传感器在具有更强的光约束效应[43]。图1-51D，2D和3D光子晶体的原理图，每种颜色代表不同的折射率[40]光子晶体以其独特的光学特性被广泛应用于光学生物传感器，并已以多种方式被加以利用。例如2013年，Zanishevskaya等人设计并测....

本文编号：4038362