Jelölésmentes optikai bioszenzor tervezése és kalibrációja

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Szabó Zsolt
Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

Korunk orvostudománya és a biológia az élő szervezetekben létrejövő mechanizmusok minél pontosabb megismerését kutatja. A jelentős fejlődés ellenére még rengeteg alapvető folyamatról nem rendelkezünk kellő pontosságú ismerettel, ezért kiemelkedően fontos az élettani folyamatok megismerését lehetővé tevő minél jobb érzékelők, bioszenzorok fejlesztése. Dolgozatomban egy jelölésmentes optikai bioszenzorral, a hullámvezető módus spektroszkópiával (Optical Waveguide Lightmode Spectroscopy, OWLS) foglalkozom. Az OWLS hullámvezető szenzorba becsatolt fényhullám egy része kilép a felületen kívülre, evaneszcens teret hozva létre. Ebbe a térbe helyezett biológiai minta módosítja a hullámvezetőbe történő becsatolás szögét.

A szenzorfelületre helyezett biológiai minta által létrehozott törésmutató és rétegvastagság változásokra a szakirodalomból ismert négyréteges (hordozó – hullámvezető – minta – fedőréteg) modellen keresztül juthatunk. A módusegyenletek levezetése során feltételezzük azt, hogy a vizsgált mintaréteg homogén és izotróp. A legtöbb biológiai minta azonban inhomogén és gyakori az anizotrópia is. Tehát a homogén és izotróp rétegmodell nem minden esetben alkalmazható.

Jelen dolgozatomban kidolgozom az OWLS szenzor elektromágneses modelljét CST Microwave Studio-ban, valamint ezt a szenzorstruktúrát implementálom az általam fejlesztett MATLAB algoritmusban is, amit a Maxwell-egyenletekből kiindulva vezetek le, majd módosítom azt a mérendő minta tulajdonságainak megfelelően. Szimulációkat futtatok mindkét környezetben a szenzorstruktúra és a mérendő minta paramétereinek változtatásával, ezzel meghatározva az OWLS becsatolási szög változását. Ezen két szimulációs környezet helyes működését ellenőrzöm eredményeinek két valós mérés eredményeivel történő összevetésével. Mérendő mintaként az első mérésnél homogén glicerinoldatokat, a második mérésnél egy inhomogén fehérjeoldatot választok. A második mérésnél meghatározom a mért fehérjeréteg kitöltési tényezőjét alkalmazva a Maxwell-Garnett keverési törvényt.

Mikrotechnológiai eljárásokat alkalmazva magam is létrehozok egy működő hullámvezető szenzort, valamint bemutatom az OWLS-sel való mérés lépéseit.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.