基于回音壁模式的无标记硅基光学生物传感器特性研究

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1、Ｉ朵击种成＊葦ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ。专业学位硕壬学位论支ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＩＶＪ＇？邮呀，．麵论文题目基于回音壁模式的无标记捶基光学生物传感器棘性硏究＂＇．＂山＇专业学位类别工程硕±對１学号２０１３２２０５０３２２作者姓名陈畳任Ｉ指导教师王卓然教授—Ｉ

2、Ｉ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，也，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论。与我文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：弓日期：年忘月日踩释引论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，，有权保留并向国家有

3、关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。此规定）（保密的学位论文在解密后应遵守至导师签名：：章作者签名件棒号化Ａ少日：日期年月／■ｉ分类号密级注1UDC学位论文基于回音壁模式的无标记硅基光学生物感器特性研究（题名和副题名）陈昱任（作者姓名）指导教师王卓然教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交

4、论文日期2016.4论文答辩日期2016.5学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONSILICON-BASEDLABELFREEOPTICALBIOSENSORBASEDONWHISPERING-GALLERYMODEMICROCAVITIESAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:Masterof

5、EngineeringAuthor:ChenYurenAdvisor:ProfessorWangZhuoranSchool:SchoolofOptoelectronicInformation摘要摘要相比于传统的荧光生物传感器，基于WGM（Whispering-gallerymode）微腔的光学生物传感器因具有无需荧光标记、灵敏度高、结构紧凑、低成本、高Q值等优点，在生物制药、医学诊断、环境监测、食品安全等领域有着重要的应用价值。本论文围绕基于回音壁模式的多种硅基光学生物传感器及其无标记传感特性展开，

6、为实现高性能的无标记光学生物传感技术奠定基础，主要工作包括以下几个方面：首先，介绍了回音壁模式微腔的理论基础，包括谐振条件、耦合机制和模式分析。介绍WGM微腔的主要参数，如自由光谱范围（FreeSpectralRange,FSR），消光比（ExtinctionRatio,ER）、品质因子（QualityFactor,Q）等，重点分析了耦合参数对微腔性能的影响。第二，介绍了基于回音壁微腔的无标记生物传感器工作原理，并利用微环、微盘腔耦合直波导，构建生物传感器，分析其传感性能。设计了一种基于游标效应的双

7、跑道螺旋耦合谐振腔，重点分析谐振腔中各参数对其传感性能的影响，优化了谐振腔传感性能，证明其在生物传感领域的优势。第三，研究了回音壁生物传感器的噪声（如热噪声、光源噪声）对传感器性能的影响。为了消除噪声的干扰，提高检测精度，设计了有效抑制传感器噪声的差分传感阵列与多路并行检测阵列，并描述了多通道检测的优势。第四，介绍集成光学生物传感芯片，包括免疫分析原理和生物传感器的表面修饰技术。描述了微流体通道在构建集成生物传感芯片的重要作用。基于分子吸附理论和稀溶液中的物质传输理论，利用多物理场耦合分析方法，模拟

8、了微流体在微通道中流过时，传感器表面对生物分子的吸附作用，研究了微通道结构参数以及流体的流动状态对分子吸附的影响。最后，研究了基于电子束光刻的微腔、微流体通道制作工艺，制作了氮化硅微盘生物传感器，完成传感性能测试。关键词：回音壁模式，无标记生物传感器，光学微腔，微流体通道，差分传感IABSTRACTABSTRACTComparewithestablishedcommercialopticalbio-sensingtechniquessuchasfluorescence