光电子·激光2024,Vol.35Issue(4) :441-448.DOI:10.16136/j.joel.2024.04.0726

检测新型冠状病毒的光纤生物传感器研究与仿真

Research and simulation of fiber biosensor for severe acute respira-tory syndrome coronavirus 2 detection

赵欣瑜 江兴方 阮志强 张磊
光电子·激光2024,Vol.35Issue(4) :441-448.DOI:10.16136/j.joel.2024.04.0726

检测新型冠状病毒的光纤生物传感器研究与仿真

Research and simulation of fiber biosensor for severe acute respira-tory syndrome coronavirus 2 detection

赵欣瑜 1江兴方 1阮志强 1张磊1
扫码查看

作者信息

  • 1. 常州大学微电子与控制工程学院,江苏常州 213164
  • 折叠

摘要

提出一种基于表面等离子共振(surface plasman resonance,SPR)的光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)生物传感器,用于实时检测严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(severe acute re-spiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2).通过传感表面上的配体与病毒的相互作用,分析物的折射率(refractive index,RI)在 1.334-1.355 范围变化.基于有限元方法(finite element method,FEM)分析和评估了 3种不同的包层结构,包括金、银以及带有二氧化钛保护层的银.该传感器工作在可见光范围内,幅度灵敏度(amplitude sensitivity,AS)、波长灵敏度(wavelength sensitivity,WS)、分辨率、检测限(limit of detection,LoD)和品质因数(figure of merit,FOM)分别达到-1 170.89 RIU-1、4 000 nm/RIU、2.5 × 10-5 RIU、6.3 × 10-9 RIU2/nm和911.50 RIU-1.结果表明,所提出的传感器在检测急性呼吸综合征冠状病毒2型中具有极佳的潜力,其拥有出色的AS以及LoD,可用于早期快速检测.

Abstract

In this work,a novel surface plasmon resonance(SPR)-based photonic crystal fiber(PCF)biosensor is investigated for real-time detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2(SARS-CoV-2).By the interaction of the ligands on the sensing surface with the virus,the analyte's re-fractive index(RI)ranges from 1.334-1.355.Three structures with different basic resonant materials are analyzed and evaluated based on the finite element method(FEM),including gold,silver,and silver with a titanium dioxide protective layer.The sensor's wavelength works in visible,and the amplitude sensitivity(AS),wavelength sensitivity(WS),resolution,limit of detection(LoD)and figure of merit(FOM)reach up to-1170.89 RIU-1,4 000 nm/RIU,2.5 × 10-5 RIU,6.3× 10-9 RIU2/nm and 911.50 RIU-1,respectively.Results demonstrate that the proposed sensor has excellent potential in the de-tection of SARS-CoV-2,with excellent AS and LoD,which can be used for early and rapid detection.

关键词

光子晶体光纤(PCF)/表面等离子共振(SPR)/生物传感器/严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-Cov-2)/有限元方法(FEM)

Key words

photonic crystal fiber(PCR)/surface plasmon resonance(SPR)/biosensor/severe acute re-spiratory syndrome coronavirus 2(SARS-Cov-2)/finite element method(FEM)

引用本文复制引用

基金项目

国家自然科学基金(41875026)

江苏省现代光学技术重点实验室开放研究课题(KJS1405)

出版年

2024
光电子·激光
天津理工大学 中国光学学会

光电子·激光

CSCD北大核心
影响因子:1.437
ISSN:1005-0086
参考文献量18
段落导航相关论文