Моделирование оптического биосенсора на основе анодных наноструктурированных оксидов ниобия и тантала

Одно из перспективных направлений label-free-анализа – оптические биосенсоры на основе 2D фотонных кристаллов, созданных из массива наностолбиков. Минусом таких кристаллов, сформированных, как правило, на основе кремния и его диоксида, является применение технологии фотолитографии. Использование фотонных кристаллов на базе самоорганизованных систем, таких как массивы наностолбиков оксида ниобия и тантала, полученных анодированием двухслойных систем Al/Nb и Al/Ta, позволяет решить данную проблему. Проведено моделирование оптических свойств фотонных кристаллов на основе массивов наностолбиков оксида ниобия и тантала. Чувствительность биосенсора определялась смещением главного пика отражения относительно его положения при заполнении пустот между наностолбиками фотонных кристаллов воздухом и биотином-стрептавидином. Выполнена оценка спектров отражения при специфическом и неспецифическом связывании биотина-стрептавидина с поверхностью фотонных кристаллов. Интенсивность главного пика отражения биосенсора на основе оксида тантала с металлическим подслоем Ta составила 0,41 отн. ед. на длине волны 353 нм, смещения пиков при распределении показателя преломления 1,46 для специфического и неспецифического связывания – 12 и 24 нм соответственно. Интенсивность главного пика отражения биосенсора на основе оксида ниобия с металлическим подслоем Nb составила 0,51 отн. ед. на длине волны 371 нм, смещения пиков отражения при распределении показателя преломления 1,46 для специфического и неспецифического связывания – 12 и 31 нм соответственно.

1. Yashaswini, P. R. Performance Analysis of Photonic Crystal Based Biosensor for the Detection of BioMolecules in Urine and Blood / P. R. Yashaswini, H. N. Gayathri, P. C. Srikanth // Mater. Today Proc. 2023. Vol. 80, No 3. P. 2247–2254. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.06.192.

2. Label-Free Detection of DNA Hybridization Using Nanopillar Arrays Based Optical Biosensor / JemKun Chen [et al.] // Sensors and Actuators B: Chemical. 2013. Vol. 194. P. 10–18. https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.12.071.

3. Pligovka, A. Properties of Porous Alumina Assisted Niobia Nanostructured Films-Designing 2 D Photonic Crystals Based on Hexagonally Arranged Nanocolumn / A. Pligovka, A. Poznyak, M. Norek // Micromachines. 2021. Vol. 12, No 6. https://doi.org/10.3390/mi12060589.

4. Two-Level 3D Column-Like Nanofilms with Hexagonally-Packed Tantalum Fabricated via Anodizing of Al/Nb and Al/Ta Layers – A Potential Nano-Optical Biosensor / A. Pligovka [et al.] // Materials. 2023. Vol. 16, No 3.

5. Гога, А. В. Моделирование оптического биосенсора на основе наноструктурированного анодного оксида ниобия / А. В. Гога // Компьютерное проектирование в электронике: cб. тр. Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 28 нояб. 2024 г. Минск: Белор. гос. ун-т информ. и радиоэлек., 2024. С. 112–115.

6. Bloch Boundary Conditions in FDTD and MODE [Electronic Resource]. Mode of access: https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360034382714-Bloch-boundary-conditions-in-FDTD-and-MODE. Date of access: 19.05.2025.

7. Hexagonal GaN Nanorod-Based Photonic Crystal Slab as Simultaneous Yellow Broadband Reflector and Blue Emitter for Phosphor-Conversion White Light Emitting Devices / Suk-Min Ko [et al.] // Scientific Reports. 2020. Vol. 10, No 1. https://doi.org/10.1038/s41598-019-55684-9.

8. Refractive Index [Electronic Resource]. Mode of access: https://refractiveindex.info. Date of access: 19.05.2025.

9. Formation Features, Morphology and Optical Properties of Nanostructures Via Anodizing Al/Nb on Si and Glass / A. Pligovka [et al.] // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 37, No 4. P. A8–A15.