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如何增强生物传感器的灵敏度

如何增强生物传感器的灵敏度
时间: 2020-02-24 11:53 浏览次数:
运动员和运动爱好者长期以来一直希望有一个数字仪表板,它可以监测他们的体液,例如汗水和唾液,从而监测他们的身体表现,就像飞机上的仪表盘。 但是,除了用于糖尿病患者的血

运动员和运动爱好者长期以来一直希望有一个数字仪表板,它可以监测他们的体液,例如汗水和唾液,从而监测他们的身体表现,就像飞机上的仪表盘。 但是,除了用于糖尿病患者的血糖仪外,由于成本高和灵敏度低,此类传感器尚未进入消费市场。俄罗斯一所大学的研究小组提出了一种光学生物传感器的新设计,该设计可以简化并降低此类设备的成本。与以前的设计相比,这种小型的双级等离子仪器制造起来更容易且成本更低,并且可以配置高灵敏度。

生物传感器布局(a,b)。 波导在电介质基板内部。能够实现环形波导的谐振器位于介电材料和被分析的生物流体之间的界面处。流体折射率的变化会改变共振曲线(c)。

追求新型等离子体结构

大多数光学生物传感器的工作原理是将汗液等物质吸附到设备表面,并测量物质折射率的变化。表面等离子体共振已经成为现有生物传感器的基础,尽管最终得到的检测器通常太大,并且过于依赖移动部件,无法结合到便携式数字设备中。结果,科学家开始研究等离激元微谐振器,作为下一代生物传感器一种可能的紧凑配置。

俄罗斯莫斯科物理技术学院(MIPT)的Kirill Voronin,Aleksey Arsenin及其同事尝试了一种新的配置:他们没有将环形谐振器与波导集成到原型生物传感器的同一平面,而是将两者堆叠在不同的平面,椭圆形环的一侧在波导的顶部。垂直堆叠有效地将环形和波导耦合在一起,这两者均由介电基板中的金薄膜制成。然而,环中的共振随所吸附有机分子的折射率而变化,并且该微小变化可以根据透射光谱中小的峰位移来计算。俄罗斯小组的成员计算出,他们的双层生物传感器方案的每个折射率单位具有1200 nm的灵敏度,大约是通常的等离子共振器生物传感器灵敏度的两倍。

迈向商用可穿戴设备

根据MIPT团队的说法,采用标准的逐层制造方法可以轻松制造堆叠式生物传感器架构。作者提出了其他实验探索途径,例如用光子波导补充等离子体波导。

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