Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tối ưu hóa cảm biến sinh học dựa trên cộng hưởng plasmon bề mặt để giám sát nồng độ hemoglobin trong máu người
Tóm tắt
Cảm biến sinh học dựa trên cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, y tế, an toàn thực phẩm và đồ uống để đo lường các thông số sinh học và hóa học. Những cảm biến này hoạt động bằng cách phát hiện sự thay đổi trong chỉ số khúc xạ của môi trường mẫu. Trong bài báo này, một thiết kế cảm biến sinh học dựa trên cộng hưởng plasmon bề mặt được giới thiệu với mục đích giám sát nồng độ hemoglobin trong máu người. Thiết kế của chúng tôi được dựa trên cấu trúc Kretschmann bao gồm một lăng kính SF10, các lớp kim loại, graphene và kim loại dichalcogenide. Nguồn quang học được xem xét ở đây là laser He–Ne với bước sóng 632,8 nm. Ảnh hưởng của việc thêm các lớp graphene và kim loại dichalcogenide vào cấu trúc của các cảm biến này đã được nghiên cứu. Cuộc điều tra của chúng tôi về cấu trúc này cho thấy, tùy thuộc vào cấu trúc cụ thể của kim loại dichalcogenide, việc thêm lớp này làm tăng độ nhạy của cảm biến. Sử dụng cấu trúc tối ưu hóa này, mục tiêu chính của chúng tôi là thiết bị giám sát sức khỏe máu có thể đạt được. Chúng tôi sử dụng cấu trúc này để xác định các hệ số phản xạ tương ứng với khoảng nồng độ hemoglobin khỏe mạnh trong máu người dựa trên chỉ số khúc xạ của máu người. Cảm biến này được tối ưu hóa đầu tiên cho độ nhạy sử dụng nước làm mẫu, sau đó cảm biến tối ưu hóa này được sử dụng để điều tra khoảng máu người trong trạng thái sắt máu khỏe mạnh cho cả nam và nữ trong độ tuổi từ 20 đến 80. Kết quả cho thấy các hệ số phản xạ của cấu trúc tối ưu hóa cho khoảng nồng độ hemoglobin khỏe mạnh cho một người đàn ông trưởng thành dao động từ 0,6805(a.u) đến 0,7067(a.u) và cho một phụ nữ trưởng thành dao động từ 0,6547(a.u) đến 0,6583(a.u).
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Ansarihadipour H, Ziafatikafi H (2012) Structural and spectroscopic changes of human hemoglobin during iron-mediated oxidative stress. J Arak Univ Med Sci 14(6):10–18
Beutler E, Waalen J (2006) The definition of anemia: what is the lower limit of normal of the blood hemoglobin concentration. Blood 107:1747–1750
Chan KT, Neaton JB, Cohen ML (2008) First-principles study of metal adatom adsorption on graphene. Phys Rev B 77:235430
Homola J (2008) Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species. Chem Rev 108:462–493
Homola J, Koudela I, Yee SS (1999) Surface plasmon resonance sensors based on diffraction gratings and prism couplers: sensitivity comparison. Sens Actuat B Chem 54:16–24
Johnson PB, Christy RW Phys Rev B 6:4370
Komlev AE, Dyukin RV, Shutova ES (2017) The method of controlling the thickness of the deposited film on the basis of the surface plasmon resonance effect. J Phys Conf 872:012042
Krasnok A, Lepeshov S, Alú A (2018) Nanophotonics with 2D Transition Metal Dichalcogenides. Opt Express 26(12):15972–15994
Kretschmann E, Raether H (1968) Radiative decay of non-radiative surface plasmons excited by light. Zeitschrift für Naturforschung A 23:2135–2136
Lin Z, Jiang L, Wu L, Guo J, Dai X, Xiang Y, Fan D (2000) Tuning and sensitivity enhancement of surface plasmon resonance biosensor with graphene covered Au-MoS 2-Au films. IEEE Photon J 8:1–8
Maharana PK, Jha R (2012) Chalcogenide prism and graphene multilayer based surface plasmon resonance affinity biosensor for high performance. Sens Actuat B CHEM 169(2):465–166
Maharana PK, Padhy P, Jha R (2013) AMPK Activation Ameliorates Alzheimer's Disease-Like Pathology and Spatial Memory Impairment in a Streptozotocin-Induced Alzheimer's Disease Model in Rats. Journal of Alzheimer's Disease 43:2156–2159
Maharana PK, Srivastava T, Jha R (2015) Low index dielectric mediated surface plasmon resonance sensor based on graphene for near infrared measurements. J Phys D Appl Phys 47:385102
Maier SA (2007) Plasmonics: fundamentals and applications. Springer Science & Business Media, New York
Mehan N, Gupta V, Sreenivas K, Mansingh A (2005) Surface plasmon resonance based refractive index sensor for liquids. Indian J Pure Appl Phys 43:854–858
Murray WA, Barnes WL (2007) Plasmonic materials. Adv Mater 19:3771–3782
Otto JM, Plumb JO, Clissold E, Kumar SB, Wakeham DJ, Schmidt W, Grocott MP, Richards T, Montgomery HE (2017) Hemoglobin concentration, total hemoglobin mass and plasma volume in patients implications for anemia. Haematologica 102(9):1477–1485. https://doi.org/10.1016/j.tins.2018.07.001
Quyang Q, Zeng S, Jiang L, Hong L, Xu G, Dinh XQ, Qian J, He S, Qu J, Coquet P, Yong KT (2016) Sensitivity enhancement of transition metal dichalcogenides/silicon nanostructure-based surface plasmon resonance biosensor. Sci Rep 6:28190
Raether H (1988) Surface plasmons on smooth surfaces In Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings. Springer, Berlin, pp 4–39. https://doi.org/10.1186/alzrt37
Verma R, Gupta BD, Jha R (2011) Sensitivity enhancement of a surface plasmon resonance based biomolecules sensor using graphene and silicon layers. Sens Actuat B CHEM 160:623–631
Wu L, Chu HS, Koh WS, Li EP (2010) Highly sensitive graphene biosensors based on surface plasmon resonance. Opt Express 18:14395–14400
Zhernovaya O, Sydoruk O, Tuchin V, Douplik A (2011) The refractive index of human hemoglobin in the visible range. Phys Med Biol 56:4013
Zourob M, Lakhtakia A (2010) Optical guided-wave chemical and biosensors II. Springer Science & Business Media, Berlin