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基于氮化钛表面等离子体激元与平面波导模式耦合的高灵敏度生物传感器

DOI：10.3390/s20061784 期刊：Sensors 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 基于氮化钛（TiN）表面等离子体激元与平面波导模式耦合的高灵敏度生物传感器已构建完成；通过检测空气、水和干燥蛋清三种不同介质验证了其性能；所述传感器适用于折射率介于1.0至1.6之间的材料检测，尤其对折射率范围在1.3-1.6的生物相关材料（如含生物素和/或链霉亲和素的物质）具有检测价值。该传感器采用直流磁控溅射技术在D形蓝宝石棱镜平面沉积Nb?O?/SiO?/TiN多层结构制成。针对空气/TiN/棱镜及S/Nb?O?/SiO?/TiN/棱镜结构（S为待测样品或传感介质），采用Kretschmann构型完成了衰减全反射（ATR）实验。TiN/空气界面等离子体的ATR光谱显示，在36°至85°入射角范围内存在半高宽约40°的宽吸收带。对于S/Nb?O?/SiO?/TiN/棱镜结构，ATR光谱在宽等离子体吸收带内呈现与法诺共振相关的尖锐反射峰。法诺共振的角位置和半高宽强烈依赖于传感介质的折射率。通过传输矩阵法对ATR光谱进行拟合分析，同时发现角度灵敏度与品质因数随传感介质折射率的增加而提升。
作者： Junior Asencios，Ramiro Moro，Clemente Luyo，Arturo Talledo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究基于氮化钛（TiN）表面等离子体激元与平面波导模式耦合的高灵敏度生物传感器构建及性能，用于检测折射率介于1.0至1.6之间的材料，特别是具有生物意义的材料。

研究成果

该研究成功展示了基于氮化钛表面等离激元与平面波导模式耦合的高灵敏度生物传感器构建。这些传感器对折射率介于1.0至1.6的材料表现出良好的传感效果，且对高折射率材料的灵敏度参数有所提升。理论计算表明，通过调整H层厚度和L层折射率可进一步改进性能。

研究不足

该研究的局限性在于所使用的特定材料和配置，例如氮化钛的选择和多层结构设计。传感器的灵敏度和性能可能因不同材料或配置而有所变化。此外，由于激光光斑的有限宽度，实验装置可能无法准确捕捉极其尖锐的法诺共振。

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