项目名称: 基于缺陷态光子晶体表面波谐振和光谱重构原理的高通量生物分子信息检测研究

项目编号: No.61201112

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 电子学与信息系统

项目作者: 陈颖

作者单位: 燕山大学

项目金额: 24万元

中文摘要: 本项目拟结合缺陷态光子晶体的光子带隙特性与表面波谐振原理,提出一种用于生物分子浓度及分子间相互作用检测的光学生物传感器结构。基于严格耦合波法建立缺陷态光子晶体生物敏感芯片的传感模型,进而得出反射光谱谐振角度变化与待测生物分子样液折射率变化关系;通过理论仿真,优化设计光子晶体结构参数,实现高Q值;采用层层自组装技术,通过真空溅射法制备缺陷态光子晶体,取代传统表面等离子共振传感器中的金膜作为敏感芯片,其活性表面可重复利用从而降低检测成本,入射光在缺陷层谐振腔中形成多次全反射,使电磁场增强,并与待测生物分子样液充分作用,提高检测的灵敏度;基于偏振干涉,实现信号解调;通过光谱图像重构技术对光谱图像进行颜色标示,并通过光谱间隔采样实现生物分子间相互作用的实时动态监测。结合微孔板和微流通道技术,采用区域标记,实现高通量检测。该研究成果可广泛用于疫苗研制、疾病诊断、和环境监测等领域,具有重要的研究意义。

中文关键词: 光学生物传感器;光子晶体;缺陷态;表面波谐振;高通量

英文摘要: A optical biosensor used in biomolecule concentration and intermolecule interation detection has been proposed combining the photonic bandgap characteristic of defect photonic crystal with the surface wave resonance principle. The sensing model of the biosensing chip based on defect photonic crystal has been established based on rigid coupled wave method, and the relationship between the change of resonance angle for reflective spectrum and the variation of refractive index for biomolecule detected. Through the theoretical simulation, the photonic crystal structure and parameters has been optimized to obtain high Q value. Using layer-upon-layer package technique,in place of the metal film in the surface plasma resonance(SPR) sensor, the photonic crystal with the defect layer have been prepared through vacuum sputtering, which surface could be recycled to reduce the detection cost. In additon, repeatedly total reflection would take place in the defect layer, which would enhance the electromagnetic field, provide sufficient chance to affect the biomolecule and increase the senstivity of the measurement system. The signal demodulation would be achieved based on polarization interference. The spectrum image would be marked with different color through the spectrum image reconstruction technique, and the dynamic real

英文关键词: optical biosensor;photonic crystal;defect state;surface wave resonance;high throughput

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