利用一维光子晶体对水生藻类进行基于光的检测

《Journal of Computational Electronics》：Light-based detection of aquatic algae using one-dimensional photonic crystals

本研究设计了一种基于一维光子晶体（SiO?/TiO?）的光学生物传感器，通过调整单元细胞数量、缺陷层厚度及入射角优化传输谱特性。模拟显示绿藻使共振波长红移至584.1477 nm（FWHM=0.060993 nm，QF=9577.32），其他藻类产生类似调谐性并伴随红移，证实传感器的高灵敏度和选择性，适用于水污染中藻类检测。

　　

摘要

我们研究了一种一维光子晶体（1D-PhC）结构，该结构在中心设计有一个缺陷层，旨在用于光学生物传感应用，特别是藻类检测。该结构由二氧化硅（SiO₂）和二氧化钛（TiO₂）交替层组成。在中心引入一个代表生物样本的缺陷层，从而在光子禁带（PBG）内产生一个受限的缺陷模式。利用传输矩阵方法，我们探讨了结构参数（包括单元格数量、缺陷层厚度和入射角度）对透射光谱的影响，以优化结构参数。最后，通过模拟不同藻类物种作为缺陷层来评估生物传感器的性能。值得注意的是，绿藻使共振峰向短波方向移动了584.1477纳米，半高宽（FWHM）为0.060993纳米，品质因数（QF）为9577.32。其他藻类物种也表现出类似的可调性，并进一步导致共振波长的红移。共振波长的显著变化证实了该传感器的高灵敏度和选择性，表明该设备作为一种强大的、无标记的环境生物传感平台具有巨大潜力。因此，这一新想法基于检测水中对人类、动物和植物有害的水生藻类的存在。