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采用二硫化钨的石墨烯包覆光纤表面等离子体共振生物传感器的设计与数值分析

DOI：10.1016/j.photonics.2018.11.005 期刊：Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 本文提出了一种基于光纤的表面等离子体共振（SPR）生物传感器的简易混合设计方案，并对其DNA杂交检测进行了严格的数值分析。该传感器核心与包层两侧由光纤构成，而包层中部填充了银、二硫化钨（WS2）、石墨烯与传感介质的复合混合材料。据我们所知，这是首个采用WS2实现高灵敏度DNA杂交检测的SPR生物传感器。研究重点分析了灵敏度、检测精度和品质因数等性能参数，结果显示该设计显著提升了传感器整体性能。在银与石墨烯之间插入WS2层后，传感器灵敏度超越了现有所有报道的同类器件。此外，这种混合传感器能同步提升所有性能参数——这是纯石墨烯基传感器无法实现的。单纯增加石墨烯层数虽会提高灵敏度，但会降低检测精度和品质因数。数值分析表明：非互补DNA链引起的SPR角度变化微乎其微，而互补DNA链则产生显著变化，这对准确检测DNA杂交至关重要。因此，该生物传感器为生物分子相互作用检测开辟了新途径。
作者： M. Saifur Rahman，Shaikh Sumit Noor，M.S. Anower，Lway Faisal Abdulrazak，M. Maksudur Rahman，K.A. Rikta
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究一种特定草药对某种疾病的治疗效果。

研究成果

所提出的采用WS2的石墨烯涂层表面等离子体共振（SPR）生物传感器，在单层WS2与石墨烯涂层传感器结合的情况下，展现出高达3200纳米/折射率单位（nm/RIU）的极高灵敏度。这种灵敏度的提升源于石墨烯的吸收能力以及WS2载流子迁移率和有效光吸收能力的增强。研究考察了该SPR传感器的两个主要性能指标——品质因数（FOM）和检测角度（DA）。实验结果充分验证了该传感器的有效性。本文提出的概念易于理解，且由于灵敏度的大幅提升，这种混合式SPR生物传感器在未来DNA杂交检测的工业应用中具有巨大潜力。

研究不足

论文中未明确提及实验的技术和应用限制，以及潜在的优化领域。

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