حسگر زیستی بافت های مغزی مبتنی بر بلورهای فوتونی حاوی نانوکامپوزیت های ابررسانایی

در این پژوهش، یک حسگر زیستی نوری نوین برای تشخیص بافت های سرطانی مغز طراحی و به صورت نظری تحلیل شده است. ساختار پیشنهادی بر پایه بلور فوتونی یک بعدی متشکل از لایه های تناوبی سیلیس و هوا طراحی شده که درون آن یک کاواک نقص دار با لایه ای از نانوکامپوزیت ابررسانای دمای بالای پایه بیسموت پوشانده شده است. با بهره گیری از روش ماتریس انتقال، طیف تراگسیل ساختار بررسی شده و نتایج نشان می دهد که حضور نانوکامپوزیت ابررسانا، برهم کنش امواج الکترومغناطیسی با نمونه های زیستی را به طور چشمگیری تقویت کرده و باعث ایجاد مدهای تشدیدی باریک و مشخص در شکاف باند فوتونی می شود. موقعیت طیفی این مدهای تشدیدی به ضریب شکست ماده زیستی داخل کاواک وابسته است و با بهینه سازی پارامترهایی مانند ضریب پرشدگی نانوکامپوزیت و ضخامت جایگاه نمونه، قابلیت تنظیم پذیری بالایی پیدا می کند. با بررسی نمونه های مختلف بافت مغزی شامل مایع مغزی نخاعی، گلیومای درجه پایین، مدولوبلاستوما، گلیوبلاستوما و لیپوما مشاهده شد که هر یک از این نمونه ها قله های تشدیدی مجزا و قابل تشخیصی در طیف تراگسیل ایجاد می کنند که فاصله آنها از طول موج مرجع به خوبی قابل اندازه گیری است. در ساختار بهینه شده، حساسیت حسگر برای بیماری لیپوما تا حدود ۱٫۶۳ میکرومتر بر واحد ضریب شکست افزایش یافته که نشان دهنده عملکرد بسیار مطلوب آن نسبت به نمونه های مشابه است. این یافته ها حاکی از آن است که حسگر زیستی پیشنهادی مبتنی بر بلور فوتونی یک بعدی حاوی نانوکامپوزیت ابررسانای بیسموت، می تواند به عنوان ابزاری حساس، بدون نیاز به نشان گذار، مقرون به صرفه و قابل اعتماد برای تشخیص زودهنگام و دقیق تومورهای مغزی در طراحی ادوات تشخیصی پیشرفته استفاده شود.

کلیدواژه ها:

حسگر زیستی ، بافت مغزی ، نانوکامپوزیت ، حساسیت ، ابررسانا ، بلور فوتونی