【摘 要】
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近年来,基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)的光子晶体光纤(Photonic crystal fiber,PCF)生物传感器引起了很多研究人员的关注。光纤等离子共振生物传感器被广泛用于病原体、毒素、抗体和蛋白质的检测中,在健康诊断、生物医学、生化分析和环境监控等领域发挥重要作用。相比于基于Kretschmann大棱镜的传统表面等离子体共振生物传感器相比
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近年来,基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)的光子晶体光纤(Photonic crystal fiber,PCF)生物传感器引起了很多研究人员的关注。光纤等离子共振生物传感器被广泛用于病原体、毒素、抗体和蛋白质的检测中,在健康诊断、生物医学、生化分析和环境监控等领域发挥重要作用。相比于基于Kretschmann大棱镜的传统表面等离子体共振生物传感器相比,光纤等离子共振生物传感器可在光纤内部实现折射率检测。现有的光纤等离子共振生物传感器一般利用微弱的光纤消逝场激发等离子共振效应,从而导致光纤等离子共振生物传感器灵敏度差等问题。此外,传统光纤生物传感器在光纤外部使用微流体设备来进行传感实验,因此其尺寸较大,结构也更加复杂。本文提出了一种双芯光纤等离子共振生物传感器。在光纤内部沉积了一层薄银(Ag)膜(20 nm)作为一种等离子体激发金属。与传统的光纤等离子共振生物传感器相比,本文提出的传感器将待测物质引入到光纤的中心空气孔内。这样种结构不仅可实现更小的传感器尺寸,还可以增加激发等离子共振效应的光场能量,从而传感器获得更高的灵敏度。通过仿真表明,当待测物质折射率变化范围为1.340至1.346时,通过波长解调法本文设计的双芯光纤等离子共振生物传感器可达到80,000nm/RIU灵敏度和1×104RIU的分辨率。通过幅度解调法在相同的折射率变化范围内,双芯光纤等离子共振生物传感器的灵敏度值为 997/RIU,分辨率为 1×10-4RIU。相比与传统光纤等离子共振生物传感器,改进后双芯光纤等离子共振生物传感器具有更便携的体积和更高的灵敏度。仿真表明传统基于消逝场方法的光纤等离子共振生物传感器灵敏度为10,000nm/RIU。与其相比,本文提出的双芯光纤等离子共振生物传感器最大灵敏度为80,000nm/RIU。灵敏度的提高可以提升生物传感器对分析物的检测能力。通过对各传感器各指标的比较,如结构、传感方法和折射率范围等,本文有效验证了所设计双芯光纤等离子共振生物传感器具有良好的性能。这种双芯光纤等离子共振生物传感器有望在生化检测、生物医药、环境检测等方面发挥作用。
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