پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 49 |
| تعداد شمارهها | 1,308 |
| تعداد مقالات | 11,245 |
| تعداد مشاهده مقاله | 23,474,591 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 15,804,538 |
حسگر زیستی بافتهای مغزی مبتنی بر بلورهای فوتونی حاوی نانوکامپوزیتهای ابررسانایی | ||
| فصلنامه علمی اپتوالکترونیک | ||
| دوره 8، شماره 3 - شماره پیاپی 24، اردیبهشت 1405، صفحه 67-73 اصل مقاله (864.02 K) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.30473/jphys.2025.75701.1258 | ||
| نویسندگان | ||
| ربابه طالب زاده* 1؛ شبنم عندلیبی میاندواب2 | ||
| 1دانشیار، گروه فیزیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران. | ||
| 2دانشیار، گروه مهندسی برق، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران. | ||
| چکیده | ||
| در این پژوهش، یک حسگر زیستی نوری نوین برای تشخیص بافتهای سرطانی مغز طراحی و بهصورت نظری تحلیل شده است. ساختار پیشنهادی بر پایه بلور فوتونی یکبعدی متشکل از لایههای تناوبی سیلیس و هوا طراحی شده که درون آن یک کاواک نقصدار با لایهای از نانوکامپوزیت ابررسانای دمای بالای پایه بیسموت پوشانده شده است. با بهرهگیری از روش ماتریس انتقال، طیف تراگسیل ساختار بررسی شده و نتایج نشان میدهد که حضور نانوکامپوزیت ابررسانا، برهمکنش امواج الکترومغناطیسی با نمونههای زیستی را بهطور چشمگیری تقویت کرده و باعث ایجاد مدهای تشدیدی باریک و مشخص در شکاف باند فوتونی میشود. موقعیت طیفی این مدهای تشدیدی به ضریب شکست ماده زیستی داخل کاواک وابسته است و با بهینهسازی پارامترهایی مانند ضریب پرشدگی نانوکامپوزیت و ضخامت جایگاه نمونه، قابلیت تنظیمپذیری بالایی پیدا میکند. با بررسی نمونههای مختلف بافت مغزی شامل مایع مغزینخاعی، گلیومای درجهپایین، مدولوبلاستوما، گلیوبلاستوما و لیپوما مشاهده شد که هر یک از این نمونهها قلههای تشدیدی مجزا و قابل تشخیصی در طیف تراگسیل ایجاد میکنند که فاصله آنها از طول موج مرجع بهخوبی قابل اندازهگیری است. در ساختار بهینهشده، حساسیت حسگر برای بیماری لیپوما تا حدود ۱٫۶۳ میکرومتر بر واحد ضریب شکست افزایش یافته که نشاندهنده عملکرد بسیار مطلوب آن نسبت به نمونههای مشابه است. این یافتهها حاکی از آن است که حسگر زیستی پیشنهادی مبتنی بر بلور فوتونی یکبعدی حاوی نانوکامپوزیت ابررسانای بیسموت، میتواند بهعنوان ابزاری حساس، بدون نیاز به نشانگذار، مقرونبهصرفه و قابل اعتماد برای تشخیص زودهنگام و دقیق تومورهای مغزی در طراحی ادوات تشخیصی پیشرفته استفاده شود. | ||
| کلیدواژهها | ||
| حسگر زیستی؛ بافت مغزی؛ نانوکامپوزیت؛ حساسیت؛ ابررسانا؛ بلور فوتونی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Biosensor for Brain Tissues Based on Photonic Crystals Containing Superconducting Nanocomposites | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Robabeh Talebzadeh1؛ Shabnam Andalibi Miandoab2 | ||
| 1Associate Professor, Department of Physics, Ta C, Islamic Azad University, Tabriz, Iran. | ||
| 2Associate Professor, Department of Electrical Engineering, Ta C, Islamic Azad University, Tabriz, Iran. | ||
| چکیده [English] | ||
| This study presents the design and theoretical analysis of a novel optical biosensor for the detection of malignant brain tissues. The proposed sensor is based on a one-dimensional photonic crystal structure (comprising alternating layers of silica and air) that incorporates a central defect cavity coated with a high-temperature superconducting nanocomposite based on bismuth (BSCCO). Using the transfer matrix method, we numerically investigated the transmittance spectrum of the structure. Our findings demonstrate that the introduction of the superconducting nanocomposite significantly enhances the interaction between incident electromagnetic waves and the biological samples, leading to the formation of distinct, sharp resonant modes within the photonic band gap. The spectral position of these resonant modes is highly sensitive to the refractive index of the analyte filling the cavity, which can be tuned by optimizing structural parameters such as the nanocomposite filling factor and the thickness of the sample cavity. By analyzing the transmittance spectra for various brain tissue types, including cerebrospinal fluid (CSF), low-grade glioma, medulloblastoma, glioblastoma, and lymphoma, we confirmed that each tissue type yields a unique and clearly distinguishable resonant peak. Our optimized design achieves a high sensitivity, for example reaching approximately 1.63 µm/RIU for the detection of lymphoma. This work demonstrates that the proposed 1D photonic crystal biosensor, incorporating bismuth-based high-temperature superconductors, offers a promising, highly sensitive, and label-free platform for the early and precise diagnosis of brain tumors. The simplicity of its 1D structure also makes it a cost-effective and practical candidate for developing advanced point-of-care diagnostic devices. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Biosensor, Brain Tissue, Nanocomposite, Sensitivity, Superconductor, Photonic Crystal | ||
| مراجع | ||
|
[1] World Health Organization. Report on the health of refugees and migrants in the WHO European region: no public health without refugee and migrant health, 2018.
[2] A. R. C. da Silva, et al Application for predicting breast cancer through Google Prediction API. Anais da VI Escola Regional de Computaçãoaplicada à Saúde. SBC, 2018.
[3] H. E. Nejad, A. Mir and A. Farmani, "Supersenstivitve and tunable nano-biosensor for cancer detection," IEEE Sens. J, 19, 4874–4880, 2019
[4] J. Sun, S. J. Lee and L. Wu, "Sarntinoranont, M.; Xie, H. Refractive index measurement of acute rat brain tissue slices using optical coherence tomography". Opt. Express, 20, 1084–1095, 2012.
[5] X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, Y. Sun, “Sensitive optical biosensors for unlabeled targets: A review”, Analytica Chimica Acta, Vol. 620, PP. 8-26, 2008.
[6] J. Li, T. Tang, Y. Zhang, L. Luo, and P. Sun, “Magneto-plasmonic sensor with one dimensional photonic crystal for methane detection,” Optik, Vol. 155, pp.74–80, 2018.
[7] A. Soltani, F. Ouerghi, F. AbdelMalek, and S. Haxha, “Comparative study of one-dimensional photonic crystal heterostructure doped with a high and low-transition temperature superconducting for awtemperature sensor,” Opt. Commun. Vol. 445, pp. 268–272,2019.
[8] A. Yasli, "Cancer detection with surface plasmon resonance-based photonic crystal fiber biosensor," Plasmonics, 16, 1605–1612, 2021
[9] A. Panda, P. D. Pukhrambam, F. Wu, W. Belhadj, "Graphene-based 1D defective photonic crystal biosensor for real-time detection of cancer cell," Eur. Phys. J. Plus, 136, 809, 2021
[10] A. Salimi, “Amperometric detection of nitrite, iodate and periodate at glassy carbon electrode modified with catalase and multi-wall carbon nanotubes”, Sensors and Actuators, Vol. 123, 1, pp. 530-537, 2007.
[11] H. Yang, “A high performance glucose biosensor enhanced via nanosized SiO2”, Analytica Chimica Acta, Vol. 554, 1-2, pp. 92-97, 2005.
[12] A.H, Aly and D. Mohamed, “BSCCO/SrTiO3 One Dimensional Superconducting Photonic Crystal for Many Applications,” J. Supercond.Nov. Magn. 18, 1699–1703, 2015.
[13] M. Upadhyay, S. K. Awasthi, L. Shiveshwari, P. K. Srivastava, S. P. Ojha, “Thermally tunable photonic filter for WDM networks using 1D superconductor dielectric photonic crystals,” J. Supercond. Nov. Magn. 28, 2275–2280, 2015.
[14] A. H. Aly, D. Mohamed, Z. A. Zaky, Z. S. Matar, N.S. Abd El-Gawaad, A. S. Shalaby, F. Tayeboun, M. Mohaseb, “Novel Biosensor Detection of Tuberculosis Based on Photonic Band Gap Materials,”. Mater. Res. 24, e20200483, 2021.
[15] Malek, C., Abdallah, S.A.O., Awasthi, S.K. et al. Biophotonic sensor for swift detection of malignant brain tissues by using nanocomposite YBa2Cu3O7/dielectric material as a 1D defective photonic crystal. Sci Rep 13, 8115, 2023
[16] T. J. Li, D. S. Wang, and Z. P. Zhang, “High-Q topological photonic crystal based on coupled superconducting resonators for microwave sensing,” Sensors, vol. 24, no. 4, p. 453, 2024.
[17] H. M. Yasseen and A. F. Shukur, “Tunable high-sensitivity biosensor based on one-dimensional superconductor-dielectric photonic crystal,” J. Supercond. Nov. Magn., 2025 (in press).
[18] H. F. Zang, S. B. Liu, and H. Yang, "Omnidirectional photonic band gaps in one-dimensional ternary superconductor-dielectric photonic crystals based on a new Thue-Morse aperiodic structure," J. Supercond. Nov. Magn. 27. 41-52, 2014.
[19] M. Upadhyay, S. K. Awasthi, L. Shiveshwari, P. K. Srivastava, S. P. Ojha, "Thermally tunable photonic filter for WDM networks using 1D superconductor dielectric photonic crystals". J. Supercond. Nov. Magn, 28, 2275–2280, 2015.
[20] P Yeh, Optical Waves in Layered MediaWiley New York, Chap. 6, 1988.
[21] S. Gaur, R. Zafar, D. Somwanshi, “Plasmonic refractive index sensor based on metal insulator metal waveguide," International Conference on Recent Advances and Innovations in Engineering,” (ICRAIE), IEEE, 2016.
[22] S. Andalibi Miandoab and R. Talebzadeh "Ultra-sensitive and selective 2D hybrid highly doped semiconductor-graphene biosensor based on SPR and SEIRA effects in the wide range of infrared spectral," Optical Materials 129, 112572, 2022. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 7 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 9 |
||