光學(xué)生物傳感器是指以光信號(hào)為載體的可用于獲取生物分子相互作用信息的器件,當(dāng)光信號(hào)通過(guò)該器件的生物傳感單元時(shí),其特性會(huì)發(fā)生變化,檢測(cè)并分析這種變化即可實(shí)現(xiàn)生物傳感功能。光波導(dǎo)作為一種可用于光信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕以及抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛。目前,應(yīng)用光波導(dǎo)進(jìn)行的生物傳感的研究,大多是使用單傳感點(diǎn)結(jié)構(gòu)作為生物分子相互作用的傳感單元,而對(duì)于多點(diǎn)甚至高通量的光波導(dǎo)傳感結(jié)構(gòu)研究較少。為此,本文提出了一種可用于高通量生物傳感功能的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（含布拉格光柵）,該光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被分為多段,每一段均由生物層與非生物層組成,其中生物層為傳感單元（可用于進(jìn)行生物分子相互作用的場(chǎng)所）。本論文的主要內(nèi)容是基于該多段結(jié)構(gòu)對(duì)不同結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)的靈敏度特性進(jìn)行探究。此處對(duì)本論文所做工作作簡(jiǎn)要概述:一,建立傳感結(jié)構(gòu)模型,給出了基于該傳感結(jié)構(gòu)模型下的靈敏度特性分析方法,該部分主要介紹了高通量生物傳感器的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論基礎(chǔ);二,利用靈敏度特性的分析方法,使用計(jì)算機(jī)數(shù)值分析了生物層參數(shù)和波長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)纖芯模式有效折射率的關(guān)系,再對(duì)以布拉格光柵結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的多傳感段模型進(jìn)行優(yōu)化選擇,優(yōu)... 

【文章來(lái)源】：重慶理工大學(xué)重慶市

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

橢偏儀的傳感原理圖

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4光式橢偏儀如圖1.2所示，消光式橢偏儀一般通過(guò)旋轉(zhuǎn)起偏器和檢偏器，找出入射到探測(cè)器上光強(qiáng)最小的方位角，由方位角得出橢偏參量Y和D，它描述了光束的偏振變化，tanY代表p分量和s分量復(fù)反射系數(shù)比的實(shí)數(shù)值，D表示p分量和s分量的相對(duì)相位變化。相應(yīng)的以薄膜參量為變量的函數(shù)形式為0121210tan(,,,...,,,,,...,,,,...,,,)jDkgkgkiYfnnnnnkkkkddq（1.1）其中0n為入射介質(zhì)的折射率，gn，gk分別為基底的折射率和消光系數(shù)，kn，kk，kd分別為多膜層的折射率、消光系數(shù)及厚度，i代表入射光波長(zhǎng)，0q為入射角。圖1.2消光式橢偏儀而隨著橢偏儀的發(fā)展，消光式橢偏儀的信息獲取速度已經(jīng)不能滿(mǎn)足需要，因此，信息獲取速度更快的光度式橢偏儀迅速發(fā)展起來(lái)，光度橢偏儀在橢偏參量的獲取方法上，與消光式橢偏儀不同，其主要是對(duì)獲取的光強(qiáng)信息進(jìn)行傅里葉變化后所獲得的傅里葉系數(shù)來(lái)推導(dǎo)出橢偏參量Y和D。該方法具有測(cè)量速度快，可實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。但由于當(dāng)前所使用的檢測(cè)器件大多具有非線(xiàn)性效應(yīng)，且光源具有不穩(wěn)定的特性，光度式橢偏儀仍存在一定的系統(tǒng)誤差。1.2.1.2基于干涉原理的光學(xué)生物傳感器基于干涉原理的光學(xué)生物傳感器[41-42]，其理論基礎(chǔ)是光學(xué)的薄膜干涉原理�；诒∧じ缮嬖淼纳飩鞲屑夹g(shù)，這種方法能夠很好地觀(guān)察光程長(zhǎng)度的變化，而基于該原理的光學(xué)生物傳感器，通常是由一束光以一定夾角照射在生物膜表面，一部分光直接被反射，另一部分光穿透生物膜表面在生物膜的底面被反射之后，再?gòu)纳锬さ谋砻嫱干涠觯谝淮蔚姆瓷涔馀c第二次的反射光由于光程差形成干涉，分析獲取的干涉譜可得到薄膜厚度，其傳感原理如圖1.3所示。

1緒論5圖1.3基于薄膜干涉的生物傳感原理李建林[43]在含有人體抗原與抗體的模型基礎(chǔ)上，基于干涉原理建立了生物傳感器結(jié)構(gòu)模型，利用磁控濺射技術(shù)在基底表面加工了一層厚度可控的TiO2干涉增強(qiáng)層，該結(jié)構(gòu)的傳感單元組成如圖1.4所示，利用該方法大幅度提高了系統(tǒng)的靈敏度。圖1.4傳感單元組成示意圖Kim等人[44]結(jié)合長(zhǎng)周期光纖光柵（LongPeriodFiberGrating，LPFG），提出了一種可用于生物傳感的干涉檢測(cè)傳感器，該方法在LPFG的包層上固化一層免疫球蛋白膜，在LPFG的一個(gè)端面鍍上一層金屬反射膜，光從一端的纖芯入射，其中一部分光直接到達(dá)金屬膜的端面被反射回來(lái)，另一束光被耦合到包層，經(jīng)免疫球蛋白膜反射到達(dá)金屬膜再被反射，這兩數(shù)反射光由于光程差形成干涉，通過(guò)分析干涉譜實(shí)現(xiàn)了生物分子相互作用的檢測(cè)�；诟缮嬖淼墓鈱W(xué)生物傳感器，具有其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于小型化的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于實(shí)現(xiàn)較高靈敏度的生物傳感，還需要進(jìn)一步研究，并且在動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上，目前研究的較少。1.2.1.3表面等離子體共振生物傳感器表面等離子體共振生物傳感器[45-51]是基于表面等離子體共振（SurfacePlasmon

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本文編號(hào)：3350474