نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• وحیده محدثی ¹
• نوشین داداش زاده ²
• الهام ناصری قائم ³

¹ گروه مهندسی برق، دانشگاه آزاد واحد سراب، سراب، ایران

² گروه مهندسی برق، واحد ارس، دانشگاه آزاد اسلامی، جلفا، ایران

³ استادیار گروه فیزیک، واحد یادگار امام، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

پایش غیرتهاجمی و دقیق گلوکز، نقش کلیدی در مدیریت بیماری‌هایی نظیر دیابت ایفا می‌کند. در این پژوهش، یک حسگر زیستی مبتنی بر تشدید پلاسمون سطحی (SPR) با ساختار چندلایه در پیکربندی کرشمن طراحی و بهینه‌سازی شده است. ساختار پیشنهادی شامل منشور CsF، لایه نقره به‌عنوان فلز پلاسمونیک، فسفر سیاه به‌عنوان ماده دوبعدی حساس، و لایه اکسید روی به‌عنوان پوشش محافظ و بهبوددهنده پاسخ نوری است. تحلیل نظری عملکرد حسگر با استفاده از روش ماتریس انتقال (TMM) انجام شده و شاخص‌های کلیدی شامل حداقل بازتاب ، حساسیت زاویه‌ای ، دقت تشخیص و ضریب شایستگی استخراج گردیده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که ضخامت بهینه لایه نقره تعادل مطلوبی بین شدت تشدید و دقت اندازه‌گیری ایجاد می‌کند. همچنین، بررسی اثر تعداد لایه‌های فسفر سیاه بیانگر آن است که اگرچه افزایش تعداد لایه‌ها موجب بهبود قابل‌توجه حساسیت (تا حدود deg/RIU 480 ) می‌شود، اما به‌دلیل افزایش پهنای پیک تشدید و کاهش کیفیت پاسخ، ساختارهای شامل 5 تا 6 لایه عملکرد بهینه‌تری ارائه می‌دهند. حضور لایه ZnO علاوه بر افزایش پایداری شیمیایی، موجب بهبود توزیع میدان الکترومغناطیسی و کارایی حسگر می‌شود. در مجموع، حسگر پیشنهادی قابلیت دستیابی به حساسیت بالا و دقت مناسب را داشته و گزینه‌ای امیدبخش برای پایش غیرتهاجمی گلوکز در نمونه‌های ادراری و کاربردهای پیشرفته در تشخیص زیستی محسوب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

• حسگر زیستی
• مواد دوبعدی
• پایش گلوکزادرار
• حساسیت
• ضریب شایستگی