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基于马赫-曾德尔干涉仪结构中表面等离子体激元传播的纳米级生物传感器数值研究

DOI：10.1016/j.physb.2018.12.038 期刊：Physica B: Condensed Matter 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 本文通过数值方法研究了一种基于马赫-曾德尔干涉仪的纳米级等离子体生物传感器。我们采用两种方法分析了马赫-曾德尔干涉仪（MZI）生物传感器的工作原理：第一种方法通过考察不同样品介质折射率及不同结构尺寸下表面等离极化激元（SPP）模式的传输特性，发现在金层长度为12微米、宽度为80纳米时，折射率变化约0.045可实现最佳约56.6%的传输率；第二种方法则通过不同几何参数研究了MZI的灵敏度、品质因数（FOM）和优值因子（Q因子）。结果表明：在固定长度条件下，增加金层厚度能显著提升Q因子和FOM；而当金层厚度固定并设置三种不同长度时，随着生物传感器长度增加，其灵敏度、Q因子及FOM均呈现上升趋势。最后，在主金层上方叠加两层独立附加金层后，该等离子体MZI生物传感器的灵敏度和FOM相比无附加层的MZI生物传感器实现了显著提升。
作者： Saeed Mirzanejhad，Amin Ghadi，Mohammad Esmaeil Daraei
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了数值研究基于马赫-曾德尔干涉仪的纳米级等离子体生物传感器，通过两种方法（强度测量法IMM和波长询问法WIM）考察其工作原理，以评估不同几何条件和折射率变化下的透射率、灵敏度、品质因数（FOM）以及质量因子（Q因子）。

研究成果

数值模拟表明，等离子体MZI生物传感器具有高灵敏度和优异性能，在特定几何结构下透射率变化可达56.6%。增加金层厚度或长度可提升品质因数(Q-factor)和优值(FOM)，而增设额外金层能进一步提高灵敏度与FOM。这些发现与现有文献结论一致，显示出在超高灵敏度生物传感应用中的潜力，但仍需实验验证。

研究不足

该研究纯属数值分析且基于模拟，可能无法完全反映实际实验条件，如制造缺陷、环境因素或生物变异性。灵敏度与性能指标取决于所假设的特定几何参数和材料属性，实际应用中可能需要实验验证。

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