لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این پژوهش تاثیر اندازه نانوذرات طلا، نقره و محیط دی الکتریک اطراف نانوذره، بر طول موج و شدت تشدید پلاسمون سطحی (SPR) با استفاده از نظریه مای و نرم افزار FDTD مورد بررسی قرار گرفته است. در طیف محاسباتی، قله جذبی در حدود 500 و 400 نانومتر به ترتیب برای نانو ذرات طلا و نقره ظاهر می شود. با افزایش اندازه نانوذرات طلا و نقره جابه جایی قرمز برای قله جذبی تشدید پلاسمون سطحی مشاهده می شود. هم چنین با افزایش ضریب شکست محیط اطراف نانوذره، قله جذبی به سمت طول موج های بلندتر جابه جا شده و یک وابستگی خطی بین ضریب شکست محیط نانوذرات و جابه جایی قله تشدید پلاسمون سطحی مشاهده می شود. شیب این بستگی خطی برای نانوذرات 20 نانومتری بیشینه است. حساسیت قله پلاسمونی به تغییر اندازه و محیط دی الکتریک برای نانو ذرات نقره بیشتر از نانو ذرات طلا است. نتیجه های این محاسبات با نتیجه های تجربی همخوانی خوبی دارد.

مقدمه: با استفاده از نانو ذرات نقره با خاصیت اپتیکی منحصر به فرد و قابل تنظیم، نانوحسگرهای زیستی طراحی و ساخته می شوند. در این مقاله یک نانو پوسته کروی دو لایه شامل دی الکتریک و نقره بر اساس تشدید پلاسمون سطحی به عنوان حسگری زیستی معرفی شده است.روش بررسی: با تاباندن نور بر نانو پوسته کروی، بر اثر بر همکنش قوی بین پلاسمون های سطحی پوسته و حفره داخلی کره، طیف جذبی شدیدی در گستره طول موج 1400-400 نانومتر خواهیم داشت که در طول موج تشدید پلاسمون سطحی دارای یک قله است و این طول موج نسبت به تغییرات غلظت محیط اطراف نانو پوسته حساس می باشد.نتیجه گیری: با افزایش شعاع هسته دی الکتریک یا کاهش ضخامت نقره، طول موج تشدید تا ناحیه مادون قرمز جا به جا می شود و حسگر زیستی به یک حالت بهینه خواهد رسید که حساسیت سیستم در همین حالت محاسبه شده است.

در سال های اخیر پیشرفت و توسعه حسگرهای زیستی با حساسیت بالا از اهداف اصلی دانشمندان برای تشخیص و جلوگیری از بیماری به شمار می آید. بر این اساس در این مقاله، حسگر زیستی تشدید پلاسمونی سطحی بر پایه ساختارهای لایه ای یک بعدی طراحی شده است. با توجه به این موضوع که کیفیت حسگرهای زیستی تشدید پلاسمون سطحی شدیدا به نیم پهنا و مقدار بازتابندگی در منحنی تشدید پلاسمونی وابسته است، با استفاده از روش ماتریس انتقال، ساختار جدید طلا/ نقره/ نقص / (SiO2TiO2)N /TiO2 برای ارضای این دو شرط ارائه گردیده است. همچنین حساسیت این حسگر محاسبه شده و از آن برای تشخیص سرطان خون در سلول های یورکات استفاده شده است.

امروزه حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی (SPR)، به دلیل کاربردهای فراوانی که در زمینه های مختلف دارند، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. حسگر جدید SPR بر پایۀ لایۀ اکسید روی (ZnO) و باریوم تیتاتایت (BaTiO3) به منظور تشخیص گاز آمونیاک (NH3) طراحی شده است. طلا به عنوان مادۀ پلاسمونیک استفاده شده و ضخامت های طلا و لایه های اکسید فلزی برای بدست آوردن پارامترهای عملکرد مناسب، بهینه سازی شده است. پاسخ حسگر بر اساس حداقل بازتاب، حساسیت، دقت تشخیص و پارامتر کیفیت بررسی شده است. استفاده از لایه های اکسید روی و باریوم تیتاتایت منجر به افزایش پارامتر کیفیت و بهبود دقت تشخیص در حسگر مبتنی بر طلا شده است. ساختار حسگر پیشنهادی می تواند کاربردهای عملی در سنجش گازهای سمی داشته باشد.

1حسگر فیبر نوری مبتنی بر تشدید پلاسمون سطحی دارای اشکالات خاصی است، از جمله محدودیت در خطی بودن و آسیب پذیری در برابر نوسانات دمای خارجی. به منظور دستیابی به این هدف، ما یک بیوحسگر تشدید پلاسمون سطحی  جبران کننده دما را ارزیابی می کنیم که از تداخل سنج ماخ زندر استفاده می کند. حسگر زیستی با ساختاری متشکل از یک فیبر چند حالته مخروطی، یک فیبر تک حالته و یک فیبر چند حالته دیگر ساخته شده است. پدیده تشدید پلاسمون سطحی توسط یک لایه نقره ای که با استفاده از اکسید گرافن احیا شده  و اسید پیرن-بوریک اصلاح شده است، ایجاد می شود، که گلوگز ها را از طریق برهمکنش های π-π در کنار هم قرار می دهد و اتصال گلوگزی ایجاد می کند. جبران تاثیر دمای محیط بر تشدید پلاسمون سطحی  با تحریک اثر تداخل سنج ماخ زندر  با استفاده از ساختار یک فیبر تک حالته و یک فیبر چند حالته به دست می آید. به منظور بررسی سیگنال های تداخل سنج ماخ زندر  و تشدید پلاسمون سطحی به طور جداگانه، ما از تبدیل فوریه سریع برای تشخیص اثرات تداخل سنج ماخ زندر  و تشدید پلاسمون سطحی استفاده کردیم. خطی بودن حسگر با استفاده از یک روش برازش مرکز که از جابجایی مختصات مرکز محاسبه شده به جای طول موج تشدید از یک شیب تک تشدید پلاسمون سطحی استفاده می کند، بهبود یافت. نتایج آزمایش ما نشان داد که حسگر ما دارای حساسیت گلوکز 2.819 نانومتر بر میلی مولار است. محدوده خطی آن بین 0 تا 10 میلی مول در لیتر است و قادر به انجام جبران دما به طور همزمان است. حسگر تشدید پلاسمون سطحی پیشنهادی در این پژوهش به طور فشرده طراحی شده و برای تشخیص دقیق غلظت گلوکز در خون انسان مناسب است.

در این مقاله، طرحی پیشنهادی برای حسگری ضریب شکست با استفاده از نانوساختار تشدید پلاسمون سطحی مبتی بر فیبر نوری با سطح مقطع D- شکل ارائه شده است. در این حسگر تشدید پلاسمون سطحی به ضریب شکست محیط اطراف حساس است. با آشکارسازی طیف نور نشتی از هسته فبیر به ناحیه غلاف و محیط روی آن می توان حساسیت حسگر را ارزیایی کرد. در این حسگر، حساسیت حسگر به تغییر ضریب شکست محیط اطراف در حدود 1025 nm/RIU محاسبه شده است. علاوه بر حساسیت بالا، این حسگر دارای چند ویژگی مهم از جمله سادگی، استحکام و کوچکی ساختار است، و مهمتر این که در این ساختار برانگیختگی تشدید پلاسمون سطحی به سهولت انجام می شود. این ساختار حسگر قابل استفاده در شناسایی مواد شیمیایی و زیست مولکول ها است.

مقدمه: در این مقاله یک حسگر فشار، قابل نصب روی پوست بدن، براساس تشدیدگرهای پلاسمون سطحی (SPR) مبتنی بر گرافن ارائه شده است. در ساختار پیشنهادی لایه توری گرافنی، روی بستر SiO2، باعث تحریک پلاسمون ها در یک طول موج خاص می شود که نتیجه تغییر در دوره تناوب توری به علت وجود فشار خاصی در بدن است. شبیه سازی ها در دو بخش مکانیکی، با روش FEM، و پلاسمونیکی با روش FDTD، انجام پذیرفته است. تغییرات فشار در بخش مکانیکی، در محدوده صفر تا 300 میلی متر جیوه بوده که در ادامه نیز طول موج متناسب با هر فشار تعیین شده است. به عبارت دیگر با برقرار ارتباط بین نتایج هر بخش، طول موج منحصر به فردی برای هر فشار مشخص شده است. پاسخ سریع، تکرارپذیری، قابلیت توسعه اندازه گیری پارامترها، وسیع بودن محدوده تغییرات فشار، از مزایای این حسگر هستند. روش بررسی: روش بررسی شبیه سازی عددی بوده که روش عددی FDTD برای بخش پلاسمونیک و از روشFEM برای بخش مکانیکی استفاده شده است. از نرم افزارهای Lumericalو MATLAB برای محاسبات پلاسمونیکی (FDTD) و نرم افزار Comsol برای محاسبات فشار (FEM) استفاده شده است. نتایج مربوطه، اعم از پاسخ های طیفی، انعکاس، بازتاب و جذب با کد نویسی محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته اند. یافته ها: در محدوده فشار بدن روی تغییرات بالاتر و پایین تر از حد طبیعی (mmHg 120) جابجایی طول موج تشدید به خوبی مشاهده شده است. این تغییرات برای محدوده طول موجی 9500-700 نانومتر اتفاق می افتد که نتایج به دست آمده بخوبی این موارد را نشان می دهد. با اعمال مشخصات لایه ها، میزان تغییرات از نظر ساختار مکانیک برای محدوده مورد نظر محاسبه شده است. جابجایی مد نظر در مقیاس نانو است که با ایجاد ارتباط میان نتایج ساختار مکانیکی و پلاسمونیکی، طول موج تشدید مختص هر فشار محاسبه شده است. نتیجه گیری: استفاده از حسگرهای پلاسمونیکی فشار بر اساس سازوکار SPR، حساسیت و انتخاب کنند گی بالایی برای تشخیص فشار ارایه می کنند. سهولت در استفاده، سادگی ساختار، برنامه پذیر بودن و قابلیت اندازه گیری دیگر پارامترها از خصوصیات بارز ستفاده از این حسگر است. قرار گرفتن این حسگر بر روی شریان بدن قابلیت کنترل فشار را فراهم می کند، که برای بیمارانی که از نظر فشار تحت مراقبت هستند بسیار کاربردی و مفید است.