微波超常媒质生物传感器的研究
超常媒质是一种由亚波长单元结构组成的周期性排列人工合成电磁材料，其磁导率和介电常数能实现单负或双负，具有特殊的电磁特性，如负切伦科夫辐射、负多普勒效应、负折射系数等一系列不同于自然材料的性质。目前，基于开口环谐振器(splitringresonators)的超常媒质生物传感器获得了人们的广泛关注，与传统的表面等离子体共振传感器和纳米传感器相比，该类型传感器具有反应灵敏、制备过程简单和易于结果分析等特点，在临床化学与诊断、生物工程、食品工业、军事科学和环境污染监测等领域具有潜在应用价值。 首先，本文对国内外相关文献进行整理，总结了超常媒质生物传感器的研究热点和现状。在此基础上，建立开口环等效电路模型，给出开口环谐振频率理论计算公式，并将仿真得到的谐振频率与理论计算的谐振频率对比，尽管两者之间存在一定的误差，但理论模型能够正确反映出结构尺寸的变化对电磁谐振频率的影响。同时，采用软件仿真分析开口环的开口宽度、开口环边长、内外环间距等结构尺寸参数对谐振频率的影响，结果表明开口环的谐振频率随着开口宽度的增大而增大，随着开口环边长的增大而减小。 其次，采用CST软件设计了基于高阻抗微带线的对称单开口环生物传感器、非对称单开口环生物传感器、对称双开口环生物传感器和非对称双环生物传感器四种结构，并对四种结构的Q值、z方向电场强度、表面电流强度和灵敏度等进行分析，发现非对称传感器结构相对于对称传感器结构的Q值更大、灵敏度更高。 最后，对上述四种传感器结构进行加工和测试，测试使用不同浓度的葡萄糖溶液对对称和非对称单开口环传感器进行灵敏度测试，结果表明非对称传感器的灵敏度更高。同时，在对称双开口环传感器表面生长DNA分子，DNA分子杂交前后频率变化明显，证明该传感器能够应用于DNA等生物分子测试。
开口环;生物传感器;微带线;超常媒质;等效电路模型
哈尔滨理工大学
硕士
微电子学与固体电子学
贺训军
2014
中文
TP212.3
61
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）