纳米多孔硅光子晶体生物传感器的研究

本项目针对目前纳米多孔硅生物传感器发展中存在的问题，充分结合纳米多孔硅优良的生物材料特性和维光子晶体传感器良好的传感特性，研究多孔硅光学生物传感的新方法和新器件制备技术。研究纳米多孔硅平面光栅波导和平面多孔硅光子晶体生物传感器的制备技术，以及影响这些传感器性能和灵敏度的各种因素；研究利用纳米多孔硅平面二维光子晶体进行表面增强和生物荧光增强的方法；研究在SOI基片上制备出纳米多孔硅光波导或光子晶体生物传感器技术；研究具有光子晶体结构的多孔硅/Ag对吸附生物分子的表面增强拉曼散射效应增强作用，并制备出免标记且探测重复性好的新生物光学传感器件。.本项目是一项创新性的课题，研究内容全部为生物传感器研究领域的新内容，目前还未见有文献和专利报道。这一研究将对开发高灵敏度、低成本、可微型化和测量过程简的生物传感器有着重要的意义。对于发展生物信息学具有重要的学术意义和社会效益。

本项目设计并制备出三元结构多孔硅光子晶体生物传感器，这种多元结构对于随机误差引起的无序度的抗干扰能力要明显优于传统的二元结构多孔硅光子晶体。同时相对普通的多层一维光子晶体结构，对称三元结构具有很高的Q值，在生物传感应用时会表现出很高的灵敏度性能。我们还制备出了基于棱镜耦合原理的大孔径多孔硅波导，并成功应用于羟A的光学免疫检测。. 本项目研究了纳米多孔硅平面光栅波导和平面多孔硅光子晶体生物传感器的制备技术，以及影响这些传感器性能和灵敏度的各种因素；研究利用纳米多孔硅平面二维光子晶体进行表面增强和生物荧光增强的方法。提出一种基于二维多孔硅光子晶体的新结构。该结构传感器的表面模传输速率比一维光子晶体中的表面模传输速率降低。速率减慢可以使得模场和生物分子的作用时间增加从而提高器件的灵敏度。这种二维光子晶体传感器件的反射谱曲线同一维光子晶体和SPR的反射曲线相比，具有半宽减小，角度平移大的特性，从而具备较高的灵敏度。我们还仿真设计并研究了一种基于多孔硅双层结构波导光栅的生物传感器，通过生物传感的模拟实验，发现该双层结构波导光栅生物传感器具有非常高的检测灵敏度，高于目前文献报道的任何一种波导结构的多孔硅生物传感器。. 本项目研究了在SOI基片上制备出纳米多孔硅光波导或光子晶体生物传感器技术，在SOI基片上成功的制备出纳米多孔硅，进而在SOI基片上制备出具有多层结构的一维纳米多孔硅光子晶体。. 本项目研究了具有光子晶体结构的多孔硅/Ag对吸附生物分子的表面增强拉曼散射效应增强作用，并制备出免标记且探测重复性好的新生物光学传感器件。本项目制备出高活性，高灵敏的SERS衬底。研究表明多孔硅的形貌对Ag纳米颗粒的微结构有很大的影响，通过优化制备条件得到了信号最强的拉曼信号，检测极限与最新文献报道的多孔硅拉曼衬底相比在同一个数量级，而且制备出的衬底孔径尺寸大，为大分子生物检测提供了良好的器件。