Afiliere

  • 1 Laborator de Nanooptică și Plasmonică, Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, Dolgoprudny, 141707 Federația Rusă.

  • PMID: 26043287
  • PMCID: PMC4455293
  • DOI: 10.1038/srep10968
Articol PMC gratuit

Autori

Afiliere

  • 1 Laborator de Nanooptică și Plasmonică, Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, Dolgoprudny, 141707 Federația Rusă.

Abstract

Senzorii chimici și biologici integrați oferă avantaje în ceea ce privește reducerea costurilor, dimensiunii și greutății și deschid noi perspective pentru monitorizare și analiză paralelă. Biosenzorii pe bază de sisteme nanoelectromecanice (NEMS) sunt cei mai atrăgători candidați pentru platforma integrată. Cu toate acestea, tehnicile de acționare și transducție (de exemplu, electrostatică, magnetomotivă, termică sau piezoelectrică) își limitează funcționarea la condițiile de laborator. Abordarea complet optică oferă posibilitatea de a depăși această problemă, cu toate acestea, schemele existente sunt fie fundamental macroscopice, fie excesiv de complicate și costisitoare în producția de masă. Aici propunem o nouă schemă de biosenzor NEMS extrem de compact, integrat monolitic pe un cip cu transducție și acționare complet nanofotonică. Acesta constă din ghidul de undă nanofotonic și consola nanobeam plasată deasupra ghidului de undă, ambele fabricate în același proces compatibil CMOS. Fiind în câmpul apropiat al modului fotonic sau plasmonic puternic limitat, consola este acționată eficient și răspunsul său este citit direct folosind același ghid de undă, ceea ce duce la o sensibilitate și capacitate foarte ridicate de detectare a unei singure molecule chiar și în atmosferă.

nanofotonic

Cifre

Figura 1. Vedere schematică a ...

Figura 1. Vedere schematică a biosenzorului NEMS complet nanofotonic complet integrat.

Nanobeam consola este suspendat ...

Figura 2. Distribuția câmpului pentru ...

Figura 2. Distribuția câmpului pentru modul TE fundamental al ghidului de undă SOI care trece prin ...

Figura 3. Transducție și acționare a ...

Figura 3. Transducție și acționare în consolă SiN cu ghidul de undă SOI.

Figura 4. Distribuții de câmp normalizate pentru ...

Figura 4. Distribuții de câmp normalizate pentru modurile fundamentale ale ghidurilor de undă fotonice și plasmonice.

Figura 5. Proprietățile transducției și ...

Figura 5. Proprietățile transducției și schemei de acțiune bazate pe ghidul de undă SiN.

Figura 6. Biosenzor complet plasmonic.

Simulare transversală electrică ...

Figura 6. Biosenzor complet plasmonic.

Distribuția simulată a câmpului electric transversal al SPP care trece prin ...

Figura 7. Funcționarea biosenzorului complet nanofotonic ...

Figura 7. Funcționarea biosenzorului tot nanofotonic în atmosferă.