引用本文:
程曦,施伟华,范雨艳,等. 基于环形芯PCF检测的BRCA浓度和温度双参量传感结构[J]. 光通信技术,2025,49(1):88-93.
程 曦,施伟华*,范雨艳,顾钰颖
(南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,南京210023)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了避免温度波动对生物参数的影响,提出了一种基于环形芯光子晶体光纤(PCF)检测的乳腺癌易感基因(BRCA)浓度和温度的多参数传感结构。该结构在外表面涂覆了一层金膜,创建了表面等离子共振传感通道,专门用于检测BRCA浓度;同时,在PCF中心的空气孔中填充了一种温敏液体,构建了定向耦合传感通道,用于精确检测温度,从而能够校正温度变化对BRCA浓度测量可能产生的影响。仿真结果表明:传感结构的浓度和温度2个传感通道各自独立工作,在BRCA浓度为0~7.69 mM时,浓度灵敏度可达19.5 nm/mM;而在温度为20~40 ℃时,温度灵敏度为-6.4 nm/℃。
关键词:光子晶体光纤;表面等离子体共振;定向耦合;生物传感;温度传感
中图分类号:TN929.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2025)01-0088-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.01.015
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这份文件是关于一种基于环形芯光子晶体光纤(PCF)的双参量传感结构,旨在同时检测乳腺癌易感基因(BRCA)浓度和温度的研究报告。以下是文件的核心内容总结:
研究背景与动机:
BRCA基因重要性:BRCA是一种重要的肿瘤抑制基因,对评估乳腺癌风险及制定个性化治疗方案至关重要。
传统检测技术的局限:当前技术如酶联免疫吸附测定(ELISA)和聚合酶链式反应(PCR)存在灵敏度不足、成本高昂等问题。
光子晶体光纤(PCF)的优势:PCF因其结构灵活性和多样性,在生物传感领域展现出优势,特别是结合表面等离子体共振(SPR)技术。
传感结构设计:
结构概述:传感器由正六边形周期性排列的空气孔构成,中心形成环形芯区,外表面镀有金膜,中心空气孔填充甲苯。
制造方法:通过石英棒和石英毛细管的堆叠和拉丝工艺制造PCF,使用化学气相沉积技术在表面沉积金膜。
传感检测模型:
SPR传感通道:金膜表面修饰特定序列的ssDNA,通过杂交反应特异性捕获BRCA分子,检测BRCA浓度变化。
定向耦合传感通道:利用温敏液体填充PCF中心空气孔,通过定向耦合效应检测温度变化。
传感性能分析:
SPR传感特性:通过有限元法分析SPR效应,优化结构参数(金膜厚度、孔间距、孔直径),实现高灵敏度检测。
温度传感特性:分析液芯模和环形芯模的色散和损耗特性,确定温度灵敏度。
参数优化:综合考虑折射率灵敏度、FWHM、线性度和损耗峰值,选择最优参数组合。
传感通道独立性分析:
相互独立性:通过对比有/无定向耦合、有/无SPR效应下的传感特性,验证两个传感通道的相互独立性。
双波长矩阵法:采用双波长矩阵法消除潜在交叉敏感,提高测量精度。
性能对比与应用前景:
性能对比:与其他同类传感结构相比,本文设计的传感结构在灵敏度和应用范围上表现出优势。
应用前景:该传感结构在乳腺癌评估、个性化治疗方案选择等领域具有广阔的应用前景。
研究结论:
研究成果:提出了一种基于环形芯PCF的双参量传感结构,实现了BRCA浓度和温度的同时高灵敏度检测。
未来展望:该研究为生物医学领域的多参数传感提供了新的思路和方法,具有重要的科研和应用价值。