基于回音壁模式的微盤(pán)諧振腔生物傳感特性研究.pdf

1、隨著近年來(lái)光學(xué)傳感技術(shù)的發(fā)展，無(wú)標(biāo)記光學(xué)生物傳感器因其具有無(wú)需熒光標(biāo)記、靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、集成成本低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為光學(xué)傳感研究的主流。本文旨在實(shí)現(xiàn)高性能的無(wú)標(biāo)記光學(xué)生物傳感器，設(shè)計(jì)了一種基于回音壁模式的微盤(pán)形光學(xué)生物傳感結(jié)構(gòu)，然后對(duì)其生物傳感特性進(jìn)行了深入研究分析，并設(shè)計(jì)出一種新型的微流體遞送通道。本論文的工作從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：
　　首先，利用FDTD方法設(shè)計(jì)了一種基于回音壁模式的微盤(pán)諧振腔傳感結(jié)構(gòu)。并優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了較高的傳感性

2、能。在此基礎(chǔ)上，提出了兩種對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)的缺陷微盤(pán)諧振腔結(jié)構(gòu)，研究了缺陷尺寸和缺陷位置對(duì)微盤(pán)各階諧振模式的影響。隨后分析了微盤(pán)邊緣粗糙損耗對(duì)諧振模式的影響，通過(guò)FDTD仿真，觀察到了諧振模式的分裂。接著對(duì)微盤(pán)與直波導(dǎo)的耦合器進(jìn)行研究，分析了波導(dǎo)耦合理論，研究了波導(dǎo)曲率與耦合系數(shù)的關(guān)系。本文還提出了兩種新型內(nèi)嵌微盤(pán)結(jié)構(gòu)的諧振腔模型，并以此實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作波長(zhǎng)的篩選。
　　其次，從表面分子吸附和體折射率傳感的角度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)回音壁微盤(pán)生物傳感

3、特性的分析。詳細(xì)剖析了折射率傳感原理，具體研究了折射率傳感的兩種形式：體折射率傳感和表面吸附傳感。通過(guò)體折射率傳感的FDTD仿真，確定了最佳傳感波長(zhǎng)、計(jì)算出了微盤(pán)傳感器的靈敏度和探測(cè)極限。在表面?zhèn)鞲蟹治鲋校敿?xì)闡述了微盤(pán)表面的分子吸附原理，并基于Comsol對(duì)表面分子吸附進(jìn)行了仿真研究，實(shí)現(xiàn)了生物傳感中分子吸附與淬滅的反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)對(duì)表面吸附傳感響應(yīng)的仿真，探測(cè)到了分子層級(jí)別的折射率擾動(dòng)，有效驗(yàn)證了微盤(pán)傳感器生物傳感性能。
　　最

4、后，為了消除外部干擾，設(shè)計(jì)了一種差分雙微盤(pán)結(jié)構(gòu)的傳感器。從干擾來(lái)源考慮，將兩個(gè)參考盤(pán)和傳感盤(pán)在單直波導(dǎo)上級(jí)聯(lián)，以達(dá)到消除共模干擾信號(hào)的目的?；贔DTD法對(duì)差分雙微盤(pán)進(jìn)行傳感仿真，得出了消除干擾的差分修正量。并對(duì)微盤(pán)傳感器的靈敏度進(jìn)行了差分修正。接著利用有限元法，仿真了差分雙盤(pán)表面的分子吸附作用。并對(duì)表面分子吸附的傳感響應(yīng)進(jìn)行了差分修正。
　　此外，為了探究流體通道集成的微盤(pán)傳感器，設(shè)計(jì)了一種可供待測(cè)液傳遞的X形微通道結(jié)構(gòu)。分析了