Nghiên cứu phát triển linh kiện cảm biến trên cơ sở quang sợi kết hợp với hiệu ứng plasmon bề mặt ứng dụng trong y sinh

Đề tài hướng đến thực hiện mục tiêu thiết kế, mô phỏng và chế tạo thử nghiệm linh kiện cảm biến quang học sử dụng hiệu ứng plasmon bề mặt dựa trên sợi quang bằng cách kết hợp nhiều lớp vật liệu như Ag, Al, TiO2, graphene để tăng độ nhạy, giới hạn đo và độ rộng vùng đo với giá thành thấp hơn so với cảm biến truyền thống sử dụng lăng kính, ứng dụng trong y sinh cũng như trong chẩn đoán bệnh. Đồng thời, mở ra khả năng chế tạo cảm biến tích hợp với các thiết bị đo có thể cầm tay.

Trong thời gian từ năm 2019 đến năm 2022, TS. Nguyễn Tấn Tài đã phối hợp với các cộng sự tại Trường Đại học Trà Vinh thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phát triển linh kiện cảm biến trên cơ sở quang sợi kết hợp với hiệu ứng plasmon bề mặt ứng dụng trong y sinh”.

Đề tài đã thiết kế cảm biến quang học sử dụng sợi quang với nhiều lớp vật liệu khác nhau và mô hình cho cảm biến quang học với lớp phủ vật liệu phối hợp như Ag, Al, TiO2, graphene. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã dùng phương pháp ma trận truyền TMM (hoặc phương pháp khác: FEM, FDTD) để tính toán đưa ra các thông số tối ưu: số lớp vật liệu và độ dày, kích thước của chúng được phủ lên trên lõi của sợi quang. Tiếp đến, các tác giả đã mô phỏng tính chất của cảm biến sử dụng các thông số tính toán kết hợp với phần mềm mô phỏng Matlab, Comsol, Lumerical. Sau đó, nhóm tác giả đã so sánh việc kết hợp các loại vật liệu với độ dày khác nhau để đánh giá các thông số của cảm biến: độ nhạy, giới hạn đo, độ rộng vùng đo; chế tạo cảm biến sợi quang kết hợp hiệu ứng plasmon bề mặt dựa trên kết quả mô phỏng; và đánh giá tính chất của cảm biến bằng phương pháp thực nghiện đo tính lưỡng chiết (birefringence). Kết quả nghiên cứu cho thấy độ chính xác và độ sâu thâm nhập của cảm biến tăng lên đáng kể khi sử dụng cảm biến có cấu trúc lăng kính kết hợp với màng mỏng nano Ag.

Kết quả nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo cảm biến quang học dựa trên hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh để chẩn đoán bệnh và các vi khuẩn có kích thước lớn. Thêm vào đó, tính lưỡng chiết của cảm biến sợi quang với lớp phủ TiO2 cũng được khảo sát. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ nhạy của cảm biến đạt được là 5.67×10-8 (RIU), cho phép thực hiện các phép đo thực nghiệm các phân tử sinh học (protein đặc hiệu như fibrinogen, tau-protein) trong lĩnh vực hóa sinh và y sinh học để ứng dụng trong chẩn đoán bệnh

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21124/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

Vista.gov.vn