طراحي نانو ساختار سه لايۀ تنظيم پذير و كاربرد آن در حسگرهاي زيستي

Designing of a Tunable Three Layered Nanostructure and its Application in Biological Sensors

در مقايسه با نانو ذرات فلزي توپر، نانو پوسته‌هاي فلزي مُدهاي پلاسموني تنظيم‌ پذيري را در ناحيۀ نزديك مادون قرمز، جايي كه جذب بافت زيستي كمترين است، نشان مي‌دهند. روش بررسي: براي به‌ دست آوردن خواص پلاسمونيكي نانو ­پوستۀ كروي سه ­لايه، ميدان الكتريكي موضعي تقويت شده كه به‌صورت نسبت ميدان الكتريكي موضعي در هر نقطه روي سطح نانو پوسته به ميدان الكتريكي فرودي خارجي تعريف مي‌شود، با استفاده از تقريب شبه استاتيك محاسبه شده است. با حل معادلۀ لاپلاس كروي در سه ­بعد و اعمال شرايط مرزي، ميدان الكتريكي در هر ناحيه (داخل هستۀ نقره، لايۀ دي‌الكتريك مياني، پوستۀ خارجي نقره) محاسبه شده است. قله‌هاي تشديد طيف پراكنده­ شدۀ نانو ­پوسته نسبت به تغييرات خيلي كوچك در ضريب شكست محيط اطراف حساس است. بنابراين، مي‌توان حساسيت نانو ­پوسته را، كه به‌­ صورت شيب نمودار اختلاف بين قله‌هاي تشديد طيف پراكنده­ شده بر حسب ضريب شكست محيط اطراف (Δλ/Δn) تعريف مي‌شود، محاسبه كرد. يافته‌ها: نتايج محاسبات نشان مي‌دهد كه نانو ­پوستۀ طراحي­ شده با داشتن قله‌هاي پلاسمون در ناحيۀ مرئي امكان شناسايي بيو ­مولكول‌هاي موجود در خون را فراهم مي‌كند. ضريب شكست محلول هموگلوبين در ناحيۀ مرئي از 413/1 تا 438/1 است كه با توجه به نتايج به ­دست­ آمده، چنين تغييراتي در ضريب شكست محيط اطراف يك زيست ­حسگر داراي ضخامت پوستۀ نقره كمتر (حداكثر تا 3 نانومتر) با حساسيت 371.1 nm/RIU قابل شناسايي است. همچنين، در سيستم نانو­ پوسته با شعاع هستۀ كوچك يا دي‌الكتريك با ضخامت بيشتر، حساسيت بيشتر است. حساسيت نانو­ پوسته با شعاع هستۀ 23 نانومتر برابر با Δλ/Δn= 315.7 nm/RIU است. نتيجه‌گيري: طيف پلاسموني نانو­پوسته داراي دو قلۀ تشديد پلاسمون در ناحيۀ مرئي است كه شناسايي دو مولكول را امكان­ پذير مي‌سازد. نانو ­پوسته خواص پلاسمونيكي تنظيم­ پذيري را از خود نشان مي‌دهد. در سيستمي با ضخامت پوستۀ نقره كمتر، دو قلۀ تشديد طيف پراكنده­ شدۀ نانو ­پوسته كاملاً مشخص و حساسيت سيستم بيشتر است. علاوه بر پارامترهاي هندسي، ضريب شكست محيط اطراف نيز طيف پلاسموني نانو پوسته را تحت تأثير قرار مي‌دهد كه از اين ويژگي در حسگري به روش جا به‌ جايي طول موج تشديد پلاسمون مي‌توان استفاده كرد. به ­عنوان نمونه، كوچك‌ ترين تغيير در غلظت خون و سطح اكسيژن در آن با حساسيت بالا قابل شناسايي است.

This article has no abstract.