طراحی یک حسگر زیستی نوری برمبنای ساختار بلورهای نوری دوبعدی جهت تشخیص کم خونی و نارسایی‌های کلیوی

در این تحقیق، یک حسگر زیستی برمبنای بلورهای نوری دو بعدی پیشنهاد شده است. ساختار پیشنهادی متشکل از 20*25 آرایه سیلیکنی در بستری از هواست. منحنی‌های باند ممنوعه نوری و انتشار میدان با استفاده از روش‌های توسعه موج مسطح و تفاضل متناهی در محدوده زمان بدست می‌آیند. پس از اعمال پالس ورودی، سیگنال در طول ساختار منتشر شده و متناسب با طول موج تشدید به خروجی‌های 1 یا 2 انتقال می‌یابد. درگاه خروجی1 را می‌توان برای تشخیص غلظت هموگلوبین در نمونه‌های خونی با فاکتور کیفیت (140-168)، حساسیت 1745nm/riu، محدودیت آشکارسازی (5.2e-4 - 6.01e-4)riu و (fom): (166.1–190.7)riu-1 در نظر گرفت. درگاه خروجی2 را نیز می توان برای تشخیص غلظت کراتینین در نمونه‌های خونی با فاکتور کیفیت (130.4–137.76)، حساسیت 1435.8 nm/riu، محدودیت آشکارسازی (7.8 e-4 - 8.86e-4)riu و (fom): (110.8–126.74)riu-1 به کار برد. با توجه به تشخیص غلظت هموگلوبین و کراتینین در نمونه‌های خونی، متخصصین امکان تشخیص بیماری‌های کم خونی و نارسایی‌های کلیوی را در مراحل ابتدایی ابتلا و با دقت بالا خواهند داشت. در نهایت، حسگر زیستی پیشنهادی می‌تواند گزینه بسیار مناسبی برای استفاده در مدارات مجتمع نوری جهت تشخیص غلظت هموگلوبین و کراتینین باشد.

design of an optical biosensor based on 2-d photonic crystal structure for diagnosis of anemia and acute kidney injury

in this research, a biosensor based on 2-d photonic crystals is proposed. the presented structure is made of 25*20 si rods in the air background. photonic bandgap and field distribution spectra are extracted considering plane wave expansion (pwe) and fdtd methods, respectively. after applying the incident signal, light wave would be propagated along the waveguide and would be transferred to outputs 1 or 2 regarding the resonant wavelength. output 1 is considered for detection of hemoglobin concentrations in blood samples with q-factor: (140-168), sensitivity: 1745nm/riu, fom: (166.1-190.7) riu-1, and detection limit (dl): (5.2e-4 – 6.01e-4) riu. output 2 can also be considered for detection of creatinine concentrations in blood samples with q-factor: (130.4-137.76), sensitivity: 1435.8nm/riu, fom: (110.8-126.74) riu-1, and detection limit (dl): (7.8-4 – 8.86e-4) riu. considering the obtained results, physicians can diagnose anemia and acute kidney injuries in early stages and with high precisions. finally, the proposed biosensor can be a remarkable candidate for detection of hemoglobin and creatinine in optical integrated circuits.