مقایسه دو طرح فیبر بلور فوتونی در تشخیص سلولهای سرطانی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

چکیده
این پژوهش به طراحی و تحلیل یک زیست‌حسگر پلاسمون سطحی مبتنی بر فیبر بلور فوتونیکی می‌پردازد. دو ساختار شامل پیکربندی شش‌ضلعی رأس‌روبه‌بالا و لبه‌تخت چرخیده‌به‌اندازه ۶۰ درجه بررسی شدند تا نقش آرایش حفره‌های هوا بر پاسخ پلاسمونی مشخص شود. شبیه‌سازی‌ها با نرم‌افزار کامسول 3/6 و بر پایه معماری فیبر بلوری نوری انجام گرفت تا امکان جفت‌شدگی مناسب میان مد هدایت‌شونده و پلاسمون سطحی فراهم شود. نتایج نشان داد پیکربندی رأس‌روبه‌بالا تطابق فازی بهتری با موج پلاسمون پلاریتون سطحی ایجاد کرده و اتلاف محصورشده بیشتری برابر با 37.83 dB/cm در مقایسه35.71 dB/cm ارائه می‌دهد. تحلیل حساسیت طول‌موجی در بازه ضریب شکست 35/1 تا 40/1 حساسیت بالایی را برای هر دو ساختار نشان داد، اما ساختار رأس‌روبه‌بالا مقدار بالاتری معادل936.26 nm/RIU نسبت به929.75 nm/RIU در ساختار لبه‌تخت داشت. هر دو طرح با افزایش ضریب شکست آنالیت، افزایش اتلاف و جابجایی طول‌موج به ناحیه قرمز را تجربه کردند. در کاربرد تشخیص سلول‌های سالم و سرطانی پوست و خون، طرح رأس‌روبه‌بالا جابجایی طول‌موج بیشتری (65 nm و 80 nm) نسبت به لبه‌تخت (60 nm و 70 nm) نشان داد و عملکرد دقیق‌تری ارائه کرد. همچنین رگرسیون دوجمله‌ای با R 2 >0.99 کیفیت بالای برازش و دقت بیشتر این پیکربندی را تأیید نمود. در نتیجه، بهینه‌سازی هندسه حفره‌های هوا و ویژگی‌های پلاسمونی نقش مهمی در بهبود عملکرد حسگرهای فیبر بلوری نوری بر پایه تشدید پلاسمون سطحی داشته و زمینه توسعه نسل جدید حسگرهای زیستی پربازده را فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Comparison of Two Photonic Crystal Fiber Designs for Cancer Cell Detection

نویسندگان English

Alireza Abdikian
Raziye Zaregonbadi
چکیده English

This study presents the design and analysis of a surface plasmon resonance biosensor based on a photonic crystal fiber. Two honeycomb configurations-a point‑top hexagonal structure and a flat‑top structure rotated by 60°-were examined to evaluate the influence of air‑hole arrangement on the plasmonic response. Simulations were performed in COMSOL 6.3 using a PCF‑based architecture to achieve effective coupling between the guided mode and the surface plasmon polariton. Results indicated that the point‑top configuration provides better phase matching with the SPP mode and yields a higher confinement loss of 37.83 dB/cm compared to 35.71 dB/cm. Wavelength‑based sensitivity analysis within the refractive‑index range of 1.35-1.40 revealed high sensitivities for both designs, with the point‑top configuration achieving a superior value of 936.26 nm/RIU versus 929.75 nm/RIU in the flat‑top design. Both structures exhibited increased loss and a redshift in resonance wavelength as the analyte refractive index increased. In distinguishing healthy and cancerous skin and blood cells, the point‑top sensor produced larger resonance wavelength shifts (65 and 80 nm) than the flat‑top sensor (60 and 70 nm), indicating higher accuracy. Binomial regression (R² > 0.99) further confirmed the superior fitting quality of the point‑top configuration. Overall, optimizing air‑hole geometry and plasmonic characteristics plays a crucial role in enhancing SPR‑PCF biosensor performance and supports the development of next‑generation high‑efficiency biosensing devices.

کلیدواژه‌ها English

Photonic crystal fiber
Confinement loss
Resonance wavelength
Healthy and cancerous cells