12、一维光子晶体生物传感器用于癌细胞识别的设计与分析

一维光子晶体生物传感器用于癌细胞识别的设计与分析

在当今科技领域，光子晶体相关研究正蓬勃发展。从自然界中存在的周期性结构获得灵感，科学家们在光子晶体的研究上取得了显著进展，尤其是一维光子晶体（1D PhC）在生物传感领域展现出巨大潜力。本文将深入探讨基于一维光子晶体的癌细胞传感器的设计、理论以及结果分析。

1. 引言

自然界中存在着许多周期性变化的例子，比如蝴蝶的翅膀、手镯上的蛋白石、鸟类的羽毛等，它们的周期性排列与光子晶体的特性相似，颜色会随观察角度变化，这主要是光与这些材料自然设计相互作用的结果。

1987 年，E. Yablonvitch 和 S. John 对周期性多层结构的研究，点燃了研究人员探索光子学不同应用的热情。光子晶体研究可分为 1D、2D 和 3D 形式。其中，3D 光子晶体面临制造可行性问题，目前仍在寻找有效的低损耗制造技术；2D 光子晶体可通过蚀刻技术成功制造出三角形、正方形和蜂窝状结构，其设计形式有以空气为背景排列介电材料和在介电板上排列孔洞两种。

而 1D 光子晶体因制造可行性高、兼容性强和应用领域广泛，成为研究最多的结构。它具有光子带隙（PBG）特性，能反射特定波长的光，限制其在多层结构中的传播，这一特性使其在激光、传感、滤波、光学镜、偏振器、通信和生物医学等众多领域有重要应用。要将光子晶体用作生物传感器，需在其结构中引入缺陷以产生共振模式。当输入波长与缺陷模式波长匹配时，光谱中会出现离散尖峰，光会强烈局限在缺陷层附近，周围折射率的微小变化会导致缺陷模式位置显著改变。

近十年来，研究人员探索了许多新型二维材料，石墨烯凭借其独特的电子特性成为设计各种光学设备的有前途材料。它具有六边形晶格结构、高导电性、低电阻率、