本文選題：SPR生物傳感器 + 石墨烯��； 參考：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,表面等離子體共振(SPR)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用掀起了一番研究熱潮,例如食品安全測(cè)試,環(huán)境監(jiān)測(cè),醫(yī)學(xué)診斷,生物工程等。特別是SPR在生物傳感技術(shù)中的應(yīng)用更是引起了廣泛的關(guān)注和研究。表面等離子體激元(SPP)存在于金屬表面,它對(duì)傳感介質(zhì)折射率的變化非常地敏感。傳感介質(zhì)折射率產(chǎn)生輕微的變化可導(dǎo)致反射率曲線的特征發(fā)生顯著的變化�；贙retschmann結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)SPR傳感器通過在棱鏡上覆蓋一層金薄膜來實(shí)現(xiàn)表面等離子體波(surface plasmon wave,SPW)的激發(fā)。然而,傳統(tǒng)的SPR生物傳感器只具備較低的靈敏度,因此,設(shè)計(jì)一種高靈敏度的SPR生物傳感器十分有必要。進(jìn)入了21世紀(jì)以后,材料科學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全新地快速發(fā)展階段,許多新材料被發(fā)現(xiàn)并引起了人們的極大興趣,一些先進(jìn)且實(shí)用的二維材料被人們所發(fā)現(xiàn)并得到了研究和應(yīng)用,如石墨烯,過渡金屬化合物(TMDCs),黑磷等。隨著這些先進(jìn)二維材料的引入和應(yīng)用,SPR傳感器的發(fā)展前景一片良好。本論文主要研究了二維材料在SPR生物傳感器中對(duì)傳感器靈敏度的增強(qiáng)作用,共設(shè)計(jì)了六種基于二維材料的SPR生物傳感器芯片,所取得的創(chuàng)新成果如下:(1)設(shè)計(jì)了一種基于石墨烯-鋁-石墨三明治結(jié)構(gòu)的高靈敏度SPR傳感器。結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)的這種光學(xué)傳感器的靈敏度是在沒有加石墨烯時(shí)的3.4倍。特別地,我們?cè)O(shè)計(jì)的這種傳感器可以通過增加石墨烯的層數(shù)來提高SPR傳感器的靈敏度。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Applied Physics上。(2)設(shè)計(jì)了一種新穎的用以提高靈敏度和測(cè)量精度(DA)的石墨烯LRSPR生物傳感器,與基于Au薄層的傳統(tǒng)LRSPR結(jié)構(gòu)相比,用石墨烯覆蓋在金屬表面,不僅可以防止其被氧化,還可以增強(qiáng)對(duì)生物分子的吸附能力,同時(shí)也能夠增強(qiáng)靈敏度和DA。此外,我們證明了所設(shè)計(jì)的LRSPR生物傳感器比普通的SPR生物傳感器在靈敏度上有近十倍的提升,同時(shí)DA也得到了大幅增加。最后,我們討論傳感介質(zhì)的折射率對(duì)LRSPR生物傳感器的影響,發(fā)現(xiàn)靈敏度隨傳感介質(zhì)折射率的變化而產(chǎn)生顯著的變化,并且在適當(dāng)?shù)恼凵渎侍幙梢垣@得最佳靈敏度。相關(guān)研究成果發(fā)表在IEEE Photonics Journal上。(3)設(shè)計(jì)了一種基于混合模式耦合的超靈敏生物傳感器,由長程表面等離子體激元(LRSPP)和平面波導(dǎo)(PWG)模式組成。PWG和LRSPP模式都是強(qiáng)共振結(jié)構(gòu),二者放在一起形成強(qiáng)耦合,通過耦合兩個(gè)模式可以增強(qiáng)傳感器的靈敏度。在所提出的傳感器中,當(dāng)采用基于Au和Al-單層石墨烯兩種結(jié)構(gòu)時(shí),可分別得到最大靈敏度為2264 RIU-1和3619 RIU-1,這比傳統(tǒng)的LRSPR(1910 RIU-1)高出了近1.2倍和1.9倍。此外,該P(yáng)WG和LRSPP耦合的生物傳感器適用于折射率在1.34附近的傳感介質(zhì)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Photonics Research上。(4)設(shè)計(jì)了一種基于MoS_2/石墨烯-Al混合結(jié)構(gòu)的高靈敏度SPR生物傳感器。這種生物傳感器的靈敏度主要通過三種方法來增強(qiáng)。首先,我們討論了不同折射率的棱鏡對(duì)靈敏度的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以通過使用低折射率棱鏡來增強(qiáng)靈敏度;其次,我們分析了空氣層的厚度對(duì)靈敏度的影響,并獲得了空氣層的最佳厚度。最后,我們論證了使用MoS_2-石墨烯混合結(jié)構(gòu)對(duì)敏感性的促進(jìn)作用,通過在Al薄膜的上下兩個(gè)表面上覆蓋六層MoS_2可獲得最大靈敏度?190.83°/RIU。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Lightwave Technology上。(5)設(shè)計(jì)了一種基于導(dǎo)波SPR(GWSPR)的高靈敏度生物傳感器。與SPR生物傳感器相比,GWSPR生物傳感器具有更高的靈敏度。為了進(jìn)一步提高GWSPR生物傳感器的靈敏度,我們將MoS_2-石墨烯的混合結(jié)構(gòu)覆蓋在硅薄膜的表面上。結(jié)果證明了在所設(shè)計(jì)的生物傳感器結(jié)構(gòu)中合理地增加MoS_2-石墨烯混合結(jié)構(gòu)可使得靈敏度倍增。通過對(duì)所設(shè)計(jì)的GWSPR生物傳感器的電場(chǎng)分布進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨著傳感介質(zhì)折射率的輕微變化而產(chǎn)生劇烈變化,這意味著該生物傳感器對(duì)被檢測(cè)的分析物十分的敏感。此外,所提出的GWSPR生物傳感器具有較寬的傳感介質(zhì)折射率的檢測(cè)范圍,并且靈敏度隨著傳感介質(zhì)折射率的增加而增加。相關(guān)研究成果發(fā)表在Plasmonics上。(6)設(shè)計(jì)了一種基于黑磷-石墨烯/過渡金屬化合物(TMDCs)的高靈敏度SPR生物傳感器。二維材料的異質(zhì)結(jié)在SPR生物傳感器中的應(yīng)用是非常實(shí)用且很有發(fā)展前景的。為了增強(qiáng)靈敏度,我們使用少層黑磷和石墨烯/TMDCs的異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)了一種新型的SPR生物傳感器。我們分析了基于黑磷-石墨烯/TMDCs異質(zhì)結(jié)的SPR生物傳感器,結(jié)果發(fā)現(xiàn)少層的黑磷和雙層的WSe2組合的異質(zhì)結(jié)可以獲得最大的靈敏度279°/RIU。這種新型SPR生物傳感器的最大靈敏度是傳統(tǒng)的SPR生物傳感器的2.4倍。相關(guān)研究成果發(fā)表在Sensors and Actuators B:chemical上。
[Abstract]:In recent years , surface plasmon resonance ( SPR ) technology has been used in various fields , such as food safety testing , environmental monitoring , medical diagnosis , biological engineering , etc . A high - sensitivity biosensor based on mixed - mode coupling is designed . The sensitivity of the biosensor is enhanced by using low - index prism .

【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.3

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李柯;唐小艷;;基于FTA-BN的食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制模型[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版);2017年03期

2 周雪;姚安林;毛建;韋孟佼;駱吉慶;;考慮多米諾效應(yīng)的液化天然氣儲(chǔ)罐區(qū)池火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2017年12期

3 馬欣;師統(tǒng)麾;薛濤;徐洋洋;;基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的LNG儲(chǔ)罐泄漏事故樹改進(jìn)研究[J];現(xiàn)代化工;2017年04期

4 鄭義;李欣雨;李寧;蔣勇;顏家振;楊飛;石浩江;;LNG儲(chǔ)罐用9Ni鋼焊條電弧焊接頭的組織與性能[J];電焊機(jī);2017年04期

5 田豐;;石油儲(chǔ)罐的焊接與缺陷防止措施[J];化工管理;2017年06期

6 王起全;宋天寶;;基于BN-LOPA方法的重油催化工藝火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析[J];消防科學(xué)與技術(shù);2017年02期

7 李俊利;;基于BN的鍋爐超壓爆炸事故原因推理與故障診斷[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2017年01期

8 任歡;;化驗(yàn)室閃點(diǎn)測(cè)定試驗(yàn)火災(zāi)危險(xiǎn)性分析[J];山東工業(yè)技術(shù);2017年03期

9 彭琪琪;何中其;陳網(wǎng)樺;蔚紅建;;基于事故樹分析的固體推進(jìn)劑捏合工序燃爆事故成因研究[J];兵器裝備工程學(xué)報(bào);2017年01期

10 葛軼;周步祥;;基于超橢球貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估[J];電測(cè)與儀表;2017年01期

，

本文編號(hào)：1784094