نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه فیزیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
2 1. گروه فیزیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران 2. مرکز تحقیقات بیوفوتونیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز
3 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز
چکیده
در این تحقیق، یک حسگر نوری بر پایۀ بلورهای فوتونی سهگانۀ دیالکتریک/ فلز/ دیالکتریک که لایۀ نقص (نمونه) دارد پیشنهاد میشود. با در نظر گرفتن پارامترهایی از قبیل تعداد لایههای سهگانه، ضرایب شکست نمونهها و ویروسها، ضخامت لایههای سهگانۀ بلور فوتونی، ضخامت لایۀ فلزی و لایۀ نقص و همچنین با انتخاب ناحیۀ طول موجی مناسب، ابتدا ماتریس انتقال سامانه محاسبه و سپس طیف نور عبوری شبیهسازی میشود. نتایج تحقیق نشان میدهند تعداد سه لایۀ متناوب با ضخامت دیالکتریکهایی به اندازۀ 150 و برای نمونههای نقص با ضخامت 5000 نانومتر (5 میکرومتر) بهتر جواب میدهند. افزایش زاویۀ تابش نور، بیشتر شدن کمینه شدت نور زمینه، افزایش نوفه و پهنا در نصف ارتفاع بیشینه را ایجاد میکند. همچنین از بین چهار فلز طلا، نقره، مس و آلومینیوم شدت طیف عبوری مس و پهنای طیفی طلا از همه بیشتر بود. شبیهسازی نمونۀ استاندارد آزمایشگاهی به همراه نمونههای آلوده به ویروس و میکروب نشان میدهند حساسیت این ساختار در ناحیههای طول موجی بالاتر تقریباً به صورت خطی افزایش یافته و مطلوبتر از نواحی با طول موج پایینتر است. در مقایسه با زیستحسگرهای مشابه، این ساختار برای تعداد لایههای بلور فوتونی کم و ضخامت پایین نمونهها، حساسیت زیادتری دارد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Detection of Viruses and Bacteria Using a New Defected Triple Photonic Crystal Biosensor
نویسندگان [English]
- Hamid Jabbari Ranjbar 1
- Ali Vahedi 2
- Sima Zeighami 3
1 Department of Physics, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
2 1. Department of Physics, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran 2. Biophotonic Research Center, Ta.C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 Department of Physics, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده [English]
In this study, biosensors based on dielectric/metal/dielectric triple photonic crystals containing a defect layer (sample) were proposed. With assumed parameters such as some triple photonic crystal layers, the refractive index of samples and viruses, the thickness of photonic crystal, metal and, defect layers, and also by selecting the appropriate wavelength area, the transmittance matrix of the system is calculated, then transmittance is simulated as a function of wavelength. The simulations show good results for N= 3 periodic layers, with 150 nm dielectric layer and 5000 nm defect layer thicknesses. Also, among the four metals gold, silver, copper, and aluminum, the intensity of the transmission spectrum of copper and the FWHM of gold was the highest. The simulation of the standard sample and samples infected with viruses and microbes show that the sensitivity of this structure increases almost linearly in the higher wavelength regions and is more favorable than the lower wavelength regions. Compared to similar biosensors, this structure has a high sensitivity for the low number of photonic crystal layers and the low thickness of the samples.
کلیدواژهها [English]
- photonic crystals
- biosensors
- viruses
- bacteria
- refractive Index
- P John, N.J. Vasa, and A. Zam, Diagnostics. 13 (2023) 2418.
- A Balamurugan, et al., Optical and Quantum Electronics. 55 (2023) 507.
- H Maddali, et al., ChemBioChem, 22 (2021) 1176.
- N S Shrikrishna, et al., Chemical Engineering Journal, 26 (2024) 151661.
- I Celanovic, F O’Sullivan, M Ilak, et al., Optics letters. 29 (2004) 863.
- WHO: World Health Organization. Global tuberculosis report. Geneva: WHO) 2019(.
- S K Srivastava, C J Van Rijn, and MA Jongsma. RSC Advances. 6 (2016) 17759.
- G Pitruzzello, T F Krauss, Journal of Optics. 20 (2018) 073004.
- Z A Zaky, AH Aly. J Supercond Nov Magn. 33 (2020) 2983.
- J C Knight. Photonic crystal fibres. Nature. 424 (2003) 2486.
- Y Matsuhisa, R Ozaki, Y Takao, M Ozaki. Journal of Applied Physics. 101 (2007) 033120.
- E C Economou, J Lovejoy, I Harward, J E Nobles, et al., Physical Review Applied 8 (2017) 064012.
- C T Wang, C W Chen, T H Yang, et al., Applied Physics Letters. 112 (2018) 043301.
- L Ye, Y Wang, Y Feng, et al. Laser Physics Letters. 15 (2018) 035002.
- S K Srivastava, C J Van Rijn, M A Jongsma. RSC Advances. 6 (2016) 17759.
- G Pitruzzello, T F Krauss. J Opt. 20 (2018) 073004.
- Z A Zaky, AH Aly. J Supercond Nov Magn. 33 (2020) 2983.
- SE Abd El-Ghany, W M Noum, Z Matar, Z A Zaky, A H Aly. Phys Scr. 96 (2020) 035501.
- S Kazuaki, Optical properties of photonic crystals. 2nd ed. C (2005).
- H D Araf, D Z Mohammad, A Zaki., Materials Research. 24 (2021) e20200483.
- N Ramanujam, S K Patel, N M Reddy, et al., Optik (Stuttg). 219 (2019) 165097.
- S K Patel, J Parmar, Y P Kosta, et al., Sens Actuators A Phys. 301 (2020)111767.
- M M Abadla, H.A Elsayed. Appl Optics. 59 (2020) 418.
- N R Ramanujam, H J El-Khozondar, V Dhasarathan, et al., Physica B. 572 (2019) 42.
- Inan, H., Poyraz, M., Inci, F., et al., Chemical society reviews. 46 (2017) 366.
- Harhouz A, Tayoub H, Hocini A., Physica Scripta. 99 (2024) 055545.
)