نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی برق، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، فارس، ایران

2 گروه مهندسی برق، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، فارس، ایران

چکیده

پایش سلامت همواره یکی از چالش‌های مهم در حوزه پزشکی بوده است که این مورد توسط حسگرها پایش می‌شود. در این میان، اما حسگرهای نوری بالاخص حسگرهای نوری مبتنی بر بلور فوتونی جایگاه ویژه‌ای دارند. به همین منظور در این مقاله، به ارائه یک نمونه حسگر نوری با استفاده از بلور فوتونی به منظور پایش و تشخیص چهار نوع از سلول‌های سرطانی اقدام شده‌است. ساختار حسگر زیستی بلور فوتونی پیشنهادی از نوع دوبعدی و از جنس سیلیکون و در بستر هوا طراحی شده‌است. ساختار مذکور، توسط موجبرهای ورودی و خروجی و تشدیدگرهای نقطه‌ای طراحی شده‌است. پس از انجام شبیه‌سازی‌ها و تحلیل و بررسی‌های صورت گرفته، میزان حساسیت ساختار پیشنهادی در محدوده nm/RIU 500 با میزان ضریب کیفیت بالای 600 گزارش شده است. نتایج مناسب ساختار به همراه سادگی و کوچکی ساختار که در حد میکرومتری است، ساختار پیشنهادی را برای کاربرد‌های زیست حسگری در حوزه پزشکی مناسب کرده است. لازم به ذکر است که برای تحلیل ساختار، از روش‌های عددی از جمله روش تفاضل متناهی حوزه زمان به منظور به‌دست آوردن نتایج طیف خروجی ساختار و از روش بسط موج تخت برای تحلیل محدوده شکاف باند فوتونی ساختار بلور فوتونی اولیه استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها

[1] Schiffman, J.D., P.G. Fisher, and P. Gibbs, Early detection of cancer: past, present, and future. American Society of Clinical Oncology Educational Book, 35(1): (2015) p. 57-65.
[2] Beaver, J.A., et al., Detection of cancer DNA in plasma of patients with early-stage breast cancer. Clinical cancer research, 2014. 20(10): p. 2643-2650.
[3] Miyan, H., et al., Computational Study of a Compact and High Sensitive Photonic Crystal for Cancer Cells Detection. IEEE Sensors Journal, 2022. 22(4): p. 3298-3305.
[4] Kal-Koshvandi, A.T., Recent advances in optical biosensors for the detection of cancer biomarker α-fetoprotein (AFP). TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2020. 128: p. 115920.
[5] Jayanthi, V.S.A., A.B. Das, and U. Saxena, Recent advances in biosensor development for the detection of cancer biomarkers. Biosensors and Bioelectronics, 2017. 91: p. 15-23.
[6] Sharma, P., P. Sharan, and P. Deshmukh. A photonic crystal sensor for analysis and detection of cancer cells. in 2015 International conference on pervasive computing (ICPC). 2015.
[7] Hameed, M.F.O. and S. Obayya, Computational photonic sensors. 2019: Springer.
[8] Kumar, A., et al., Wide range temperature sensors based on one-dimensional photonic crystal with a single defect. International Journal of Microwave Science and Technology, 2012.
[9] Shoji, S., H.-B. Sun, and S. Kawata, Photofabrication of wood-pile three-dimensional photonic crystals using four-beam laser interference. Applied physics letters, 2003. 83(4): p. 608-610.
[10] Yablonovitch, E., et al., Virtual photoconductivity. Physical review letters, 1989. 63(9): p. 976.
[11] Almawgani, A.H., et al., Highly sensitive nano-biosensor based on a binary photonic crystal for cancer cell detection. Optical and Quantum Electronics, 2022. 54(9): p. 1-19.
[12] Sani, M.H., A. Ghanbari, and H. Saghaei, High-sensitivity biosensor for simultaneous detection of cancer and diabetes using photonic crystal microstructure. Optical and Quantum Electronics, 2022. 54(1): p. 1-14.
[13] Seifouri, M., V. Fallahi, and S. Olyaee, Ultra-high-Q optical filter based on photonic crystal ring resonator. Photonic Network Communications, 2018. 35(2): p. 225-230.
[14] Massaro, A., Photonic crystals: introduction, applications and theory. 2012: BoD–Books on Demand.
[15] Shafkat, A., Analysis of a gold coated plasmonic sensor based on a duplex core photonic crystal fiber. Sensing and Bio-Sensing Research, 2020. 28: p. 100324.
[16] Sayed, H. and A.H. Aly, Salinity optical sensor by using two-dimensional photonic crystals: computational study. Materials Science and Engineering: B, 2021. 269: p. 115169.
[17] Qing, X. and M.H. Sani, Optical refractive index sensor for detection of N2, He and CO2 gases based on square resonance nanocavity in 2D photonic crystal. Optics Communications, 2021. 490: p. 126940.
[18] Sharma, S., et al., 2D photonic crystal based biosensor for the detection of chikungunya virus. Optik, 2021. 237: p. 166575.
[19] Biswas, U., J.K. Rakshit, and G.K. Bharti, Design of photonic crystal microring resonator based all-optical refractive-index sensor for analyzing different milk constituents. Optical and quantum electronics, 2020. 52(1): p. 1-15.
[20] Biswas, U. and J.K. Rakshit, Detection and analysis of hemoglobin concentration in blood with the help of photonic crystal based micro ring resonator structure. Optical and Quantum Electronics, 2020. 52(10): p. 1-16.
[21] Barough, A.S., M. Noori, and A. Abbasiyan, Slow light-based refractive index sensor in single mode photonic crystal waveguide. Physica Scripta, 2021. 96(8): p. 085508.