Design a Biosensor based on Photonic Crystal for Detecting Glucose Density

(1)

حارط ی ز رگسح یتسی

نوتوف کی رک یلاتسی خشت تهج

صی زکولگ تظلغ

1ییلاعا ارهز ،¹یدابآقداص یدمحم اسیرپ

1 ناریا-دابآ فجن یملاسا دازآ هاگشناد-دابآ فجن دحاو-قرب یسدنهم هدکشناد [email protected]

هدیکچ

هب هلاقم نیا رد : هیبش و یحارط

کی یزاس یتسیز رگسح

اپ رب هی ی رک لاتسی نوتوف یدعبود ی ارب هقلح روتانوزر زا هدافتسا اب

ی زکولگ تظلغ لرتنک

میتخادرپ . و یگژی اه ی رون ی هقلح سنانوزر یزول

شور زا هدافتسا اب لحتFDTD

لی پ و شی ب ینی تسا هدش . اهرتماراپ ی هقلح روتانوزر رد ساسح یزول

هدهاشم

م ی وش گتسب لماک روط هب هک د ی

هب تسکش بیرض اه

ی .دراد هدافتسا دروم داوم مه هب

نی ترت بی م ار زکولگ تظلغ ی

ت .داد رارق تراظن تحت ناو اهرتماراپ

ی ساسح

عت نیی دودح سنانوزر جوم لوط دننام هدش رض ،رتمونان1550

بی ک تیفی و149 ساسح تی رتلااب nm/RIU تسا1000

.

هژاو دیلک

رگسح: .زکولگ ،ینوتوف لاتسیرک ،یتسیز

Design a Biosensor based on Photonic Crystal for Detecting Glucose Density

Parisa mohammadi¹, *Zahra alaie¹

1Department of Electrical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.

[email protected] , [email protected]

Abstract –In this paper, a 2D Photonic crystal based on biosensor using rhombic ring resonator is designed and simulated to control glucose concentrations. The optical characteristics of rhombic ring resonator is analyzed and predicted by Finite Difference Time Domain (FDTD) method. The sensing parameters are observed in the rhombic ring resonator which are completely depends on the refractive indices of the material used. Thereby the concentrations of glucose can be monitored. The determined sensing parameters such as resonant wavelength is about 1550 nm, quality factor is of 149, higher sensitivity of 1000nm/RIU is also achieved.

Keywords: Biosensor, Photonic Crystal, glucose

(2)

1^st Conference on Optoelectronics, Applied Optics and Microelectronics (OAM). Namin, Ardabil, Iran.

2

- 1 م همدق

یم نیب زا ندب رد نیلوسنا دیلوت ییاناوت یرامیب نیا رد .تسا ندب رد کیلوباتم للاتخا کی تباید و هدش مواقم نیلوسنا ربارب رد ندب ای دور

لامرن هرتسگ زا زکولگ تظلغ ندش رتشیب هب رجنم نوخ دنق دایدزا /6

2 – /9 یم رلاوم یلیم3 نوخ زکولگ تظلغ یمک یسررب نیاربانب .ددرگ

یسب .دراد تیمها را

شور هزادنا یاه یم یدنب میسقت یمجاهتریغ و یمجاهت یلک شور ود هب زکولگ یریگ شور رد .دوش

یم یمجاهت یاه رتموکولگ هاگتسد هب ناوت

شیامزآ و فیط زا یمجاهتریغ شور رد .درک هراشا عونتم یاه اما .درک هراشا هریغ و سنادپما شجنس فیط ،نامار یجنس

هب تلع زاین هب هنومن

نوخ

،رتشیب تماخض

،تسوپ یعفادترثا ریاس

،اهلوكلوم یگدولآ درباوه و ای تشگنا و جیاتن هریغ تسردان

هدافتسا .تسا زا

یتسیز رگسح رب

هیاپ

ینوتوف لاتسیرک رایسب

بسانم تسا اریز .دراد ماگنه دوز صیخشت رد هداعلا قوف ییاناوت

هلیسو یتسیز رگسح سا ءزج ود زا هک تسا یا

یم ییاسانش ار تیلانآ هک یتسیز هدنریگ یكی :تسا هدش لیكشت یسا لدبم یرگید و ؛دنک

هزادنا لباق لانگیس هب یتسیز لوكلوم صیخشت دادیور لیدبت هب رداق هک تسا یریگ

1[ ].

لاتسیرک دوخ نایم زا ار سیطانغمورتكلا جاوما روبع هزاجا یصخشم یسناکرف هدودحم رد هک دنتسه یبوانتم یاهراتخاس ینوتوف یاه

یمن یم اذل .دهد نآ رد صقن داجیا اب ناوت

درک سوبحم تدش هب )ینوتوف دناب فاكش( یسناکرف هدودحم نیا رد ار رون ،اه 2[

].

ا طسوت یتباید نارامیب یارب ،زادیسکازکولگ میزنآ هیاپ رب رگسح کی ،یتسیز رگسح نیلو کرلاک

لاس لیاوا رد نایل و دش هتخاس1960

.

لاس رد هک دوب یراجت ییایمیشورتكلا روسنسویب نیلوا ،زکولگ روسنسویب تکرش رد1975

(Ohio) .دش هتخاس لاس رد ناراكمه و یریچیش

هزادنا یارب یدلج ریز تشاک یارب یدورتكلا میزنآ عون نزوس نیلوا1982 لاس .دندرک هئارا ار زکولگ یریگ

یمجاهتریغ زکولگ روتینام کی2000

مان اب gluco watch دش یفرعم

3[ ] لاس رد . هیاپ رب روسنس کی ناراكمه و ایناگوس2017

روتانوزر زا هدافتسا اب یدعب ود ینوتوف لاتسیرک ی

ط یزول هقلح سنانوزر جوم لوط یاراد هک ،دندرک یحار

nm/RIU تیفیک روتکاف ،1000

/5 یجورخ تردق و178 تسا دصرد100

4[ ] رد .

2018 لاس لوط تیساسح ،دنداد هئارا ار چیپرام یرون لاتسیرک ربیف اب هدش یبطقود حطس کینومسلاپ سنانوزر روسنسویب ناراكمه و نسح

روسنس نیا جوم nm/RIU

هنماد تیساسح و4600 RIU-1

/5 تسا371 5[ ] لاس رد ناراكمه و رینوم ساروب . لاتسیرک کینوتوف کی2019

ملیف زا هدش لیكشت یدعب کی اب هیلا دنچ کزان یاه

و اوه سنج زا یفلاغ هلیم

ید یاه نوكیلیس سنج زا کیرتكلا .دنداد رارق یسررب دروم ار

نآ زا هک دندرک یحارط ار روسنسویب موهفم کی اه یم هدافتسا اوه صقن اب یدعب کی نوكیلیس ینوتوف لاتسیرک رد یرون سنانوزر کی

هک دنک

تیساسح یم ناشن ار تسكش بیرض دحاو یرتمونان118

دهد 6[ ] .

- 2 زکولگ یتسیز رگسح یحارط

هیبش و یحارط یارب زا یداهنشیپ یتسیز روسنس یزاس

Rsoft هیبش رازفا مرن کی هک ، متیروگلا رب ینتبم یددع یزاس

FDTD هدافتسا ،تسا

.تسا هدش راتخاس

هک یزول هقلح روتانوزر زا هدافتسا اب هدش یحارط ینوتوف لاتسیرک رب ینتبم روسنسویب زا یعلض شش شیارآ کی لماش

هلیم هریاد نوكیلیس یاه یم رارق اوه رتسب رد هک تسا یا

دریگ (لكش(

))1 هلیم لک دادعت ،یعلض شش هكبش رد . تهج رد اه

وX هبZ بیترت

و21 هلیم عاعش .تسا21 105 اه

و رتمونان یزکرم هلیم عاعش و رتمونان50

تباث .تسا رتمونان150 هكبش

547nm تسكش بیرض وa =

هلیم ینوكیلیس یاه /46

یم رظن رد ار3 .میریگ

(3)

3

( لکش .راتخاس تسکش بیرض : )1

( لكش یم ناشن ار یداهنشیپ رگسح یلک راتخاس )2 .دهد

( لکش .یداهنشیپ رگسح راتخاس یلک یامش : )2

( لكش رد رگسح یحارط رد هدافتسا دروم ینوتوف دناب فاكش راتخاس هداد ناشن )3

.تسا هدش

( لکش .راتخاس دناب فاکش رادومن : )3

دم یارب ینوتوف یاه دناب فاكش هدودحم یدناب یاه راتخاس قباطم وTE

یم فیرعت لباق ریز تروص هبTM .دشاب

(4)

4

قفا روحم ی دومع و ی ترت هب دناب رادومن رد بی

جوم رادرب م ناشن ار لامرن سناکرف و

ی .دهد جوم رادرب رب هقطنم رد

نیولی ش هبساحم هک هد

هرود راتخاس مامت اب ربارب ا

ی .تسا راتخاس لامرن سناکرف ینوتوف لاتسیرک

ωa / 2πcc = a / λ هک ،تسا

واز سناکرفω هی

ا ی ،تسا تباثa هكبش

،تسا اضف رد رون تعرسc ی

و تسا دازآ اضف جوم لوطλ

ی تسا دازآ لودج(

).1

1لودج .دناب راتخاس جوم لوط و سناکرف :

جوم لوط سناکرف (nm)

(a/λ) دناب فاكش عاونا

1725nm 1125- /313

–0 /480 0 TE

624nm 566- /865

–0 /954 0 TM

1 2-

یسررب

-

هیبش جیاتن و یزاس

ماگنه ی هک بیرض تسكش غت زکولگ هنومن زا ریی

م ی سنانوزر جوم لوط ،دنک زین

غت ریی م ی .دنک نآ هب هجوت اب ،

غت ریی تظلغ حطس رد زکولگ

دوجو

.دراد یم یحارط روسنس ساسا نیا رب .دوش

ط فی لكش رد زکولگ روسنس لامرن لاقتنا 4 (

) .تسا هدش هداد ناشن لوط نآ زا

بیرض و سنانوزر جوم

یم تسدب تیفیک اب ربارب بیترت هب هک دیآ

و رتمونان1550 /03 .تسا149

:تسا هبساحم لباق ریز هطبلر زا رگسح تیساسح نازیم 1( s =∆λ )

Δn (nm/RIU)

( لكش رد رگسح یارب یجورخ لاقتنا فیط )6

یم هجوتم .تسا هدش هداد ناشن رییغت سنانوزر جوم لوط ،تسكش بیرض شیازفا اب هک میوش

یم .دنک

4(لکش روسنس لامرن لاقتنا فیط :)

(5)

5

( لکش فیط : )6 تسکش بیرض یازا هب یروبع یاه .فلتخم یاه

تظلغ رد هدش داهنشیپ رگسح تیفیک روتکاف و تیساسح ،روتانوزر جوم لوط ،تسكش بیرض ( لودج رد زکولگ توفتم یاه

.تسا هدمآ )2

2لودج تظلغ یارب تیفیک روتکاف و تیساسح ،جوم لوط ،تسكش بیرض : زکولگ توافتم یاه

تظلغ (g/l)

زکولگ بیرض تسكش

جوم لوط (µm)

تیساسح (nm/RIU)

روتکاف تیفیک

30 2/460 1/550 334/7 149 90 2/466 1/552 668/9 146/41 150 2/472 1/553 1000 147/96 210 2/478 1/555 670/2 148/11 270 2/484 1/557 671/1 146/88 330 2/490 1/558 1005 148/44

زوت عی م نادی رتكلا یكی پ روسنس داهنشی سنانوزر رد هدش سنانوزر وON

كش ردOFF 7 ل و )فلا(

ناشن )ب(7 .تسا هدش هداد

تسا حضاو

س هک لانگی .دراد رارق روسنس رد سنانوزر جوم لوط رد

(6)

6

:)فلا(

=1560



:)ب(

=1300



( لکش و نشور)فلا( سنانوزر رد روسنس نادیم عیزوت :)7

شوماخ)ب(

- 3 هجیتن یریگ

بی نتبم روسنسو ی

رک رب لاتسی نوتوف کی دعب ود ی حارط ی و و هدش یگژی اه ی زجت نآ شجنس هی

لحت و لی م ی .دوش اهرولب زا هدافتسا اب روسنس ی

نوتوف ی دعب ود ی علض شش هكبش اب ی

م زا هلی اه ی س ینوكیلی اد هری ا ی حارط اوه طسوت هدش هطاحا ی

.تسا هدش جوم لوط هدودحم رد روسنس

ات1540 حارط رتمونان1560

ی .تسا هدش

،سنانوزر جوم لوط روتکاف

بیترت هب تیساسح و تیفیک ،رتمونان1550

و149 nm/RIU 1000

.تسا حارط روسنس ی

سب هدش رای هب ساسح بیرض

تسكش تسا .

رادقم نتسناد اب بیرض

م تسدب زکولگ تظلغ ،تسكش ی

آ دی . اپ حطس نیی لک طسوت هروا عفد هی

ب هدنهد ناشن اه یرامی

اه ی لک اب طبترم هی

لااب حطس و تسا ی

لع هب هروا عفد ئتورپ فرصم ت

نی زجت و هی ئتورپ نی .تسا لااب اربانب نی .تسا مهم اعقاو ام ندب رد زکولگ حطس ظفح ا زا

نی ور

هنوگ هب رگسح ا

ی حارط ی جورخ ات تسا هدش ی

تسدب ار رتلااب ساسح