检测新型冠状病毒的光纤生物传感器研究与仿真  

Research and simulation of fiber biosensor for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 detection

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作  者:赵欣瑜 江兴方[1] 阮志强 张磊[1] ZHAO Xinyu;JIANG Xingfang;RUAN Zhiqiang;ZHANG Lei(School of Microelectronics and Control Engineering,Changzhou University,Changzhou,Jiangsu 213164,China)

机构地区:[1]常州大学微电子与控制工程学院,江苏常州213164

出  处:《光电子.激光》2024年第4期441-448,共8页Journal of Optoelectronics·Laser

基  金:国家自然科学基金(41875026);江苏省现代光学技术重点实验室开放研究课题(KJS1405)资助项目。

摘  要:提出一种基于表面等离子共振(surface plasman resonance, SPR)的光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)生物传感器,用于实时检测严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)。通过传感表面上的配体与病毒的相互作用,分析物的折射率(refractive index, RI)在1.334—1.355范围变化。基于有限元方法(finite element method, FEM)分析和评估了3种不同的包层结构,包括金、银以及带有二氧化钛保护层的银。该传感器工作在可见光范围内,幅度灵敏度(amplitude sensitivity, AS)、波长灵敏度(wavelength sensitivity, WS)、分辨率、检测限(limit of detection,LoD)和品质因数(figure of merit,FOM)分别达到-1 170.89 RIU^(-1)、4 000 nm/RIU、2.5×10^(-5) RIU、6.3×10^(-9) RIU~2/nm和911.50 RIU^(-1)。结果表明,所提出的传感器在检测急性呼吸综合征冠状病毒2型中具有极佳的潜力,其拥有出色的AS以及LoD,可用于早期快速检测。In this work, a novel surface plasmon resonance(SPR)-based photonic crystal fiber(PCF) biosensor is investigated for real-time detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2(SARS-CoV-2).By the interaction of the ligands on the sensing surface with the virus, the analyte′s refractive index(RI) ranges from 1.334—1.355.Three structures with different basic resonant materials are analyzed and evaluated based on the finite element method(FEM),including gold, silver, and silver with a titanium dioxide protective layer.The sensor′s wavelength works in visible, and the amplitude sensitivity(AS),wavelength sensitivity(WS),resolution, limit of detection(LoD) and figure of merit(FOM) reach up to-1 170.89 RIU^(-1),4 000 nm/RIU,2.5×10^(-5) RIU,6.3×10^(-9) RIU~2/nm and 911.50 RIU^(-1),respectively.Results demonstrate that the proposed sensor has excellent potential in the detection of SARS-CoV-2,with excellent AS and LoD,which can be used for early and rapid detection.

关 键 词:光子晶体光纤(PCF) 表面等离子共振(SPR) 生物传感器 严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-Cov-2) 有限元方法(FEM) 

分 类 号:TP212.3[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]

 

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