Investigasi performa sensor spr berbasis fiber optik bimetalik menggunakan metode Finite Difference Time Domain (FDTD) untuk mengukur konsentrasi glukosa dalam urine

ABSTRAK

Sensor surface plasmon resonance (SPR) bimetalik Ag-Au dan Ag-Cu berbasis fiber optik diusulkan dengan pemodelan numerik untuk mengukur konsentrasi glukosa dalam urin. Sensor berbasis Ag memiliki sensitivitas yang baik, namun stabilitasnya buruk dan mudah teroksidasi. Penambahan lapisan penutup Au dan Cu menawarkan peningkatan ketahanan kimia dan kemampuan adhesi lapisan film yang dapat meningkatkan stabilitas kimia sensor. Simulasi finite-difference time-domain (FDTD) telah dibuat untuk SPR dengan ketebalan total lapisan bimetalik 50 nm tetapi rasio ketebalan divariasikan. Performa sensor telah dievaluasi berdasarkan sensitifitas (S), akurasi deteksi (DA) dan figure of meritnya (FOM) dan hasilnya dibandingkan dengan sensor Ag, Au, Cu lapisan tunggal. Respon SPR meningkat seiring dengan penurunan ketebalan Ag, memberikan hasil terbaik untuk konfigurasi Ag 15 nm dan Cu 35 nm. Namun, lapisan bimetalik ini tidak lebih baik nilai performanya dibandingkan lapisan tunggal. Sensitivitas sensor Ag, Au, Cu tunggal dan Ag-Cu bimetalik masing-masing dukur sebagai 2513.33 nm/RIU, 1542 nm/RIU, 1520 nm/RIU, dan 1351.33 nm/RIU.

ABSTRACT

Optical fiber Surface plasmon resonance (SPR) sensors incorporating Ag-Au and Ag-Cu bimetallic layers are proposed with numerical modeling to measure glucose concentration in urine. Ag-based sensors have good sensitivity, they suffer from poor stability and are easily oxidized. The addition of Au and Cu covering layers offers improved chemical resistance and film adhesion capabilities that can improve the chemical stability of the sensor. Finite-difference time-domain (FDTD) simulations has been made for SPR with a total bimetallic layers thickness of 50 nm but the thickness ratio is varied. The performance of the sensor is evaluated based on sensitivity (S), detection accuracy (DA) and figure of merit (FOM) and the results were compared with single layer Ag, Au, Cu sensors. SPR response increases as the Ag thickness decreases, giving the best results for the 15 nm Ag and 35 nm Cu configurations. However, this bimetallic layer has no better performance compared to those of single-layer sensors. The sensitivity of single Ag, Au, Cu and bimetallic Ag-Cu sensors was measured as 2513.33 nm/RIU, 1542 nm/RIU, 1520 nm/RIU, and 1351.33 nm/RIU, respectively.

مستخلص البحث

تم اقتراح مستشعر الرنين السطحي للبلازمون (SPR) ثنائي المعدن القائم على الألياف الضوئية Ag-Au وAg-Cu باستخدام النمذجة العددية لقياس تركيز الجلوكوز في البول. يتمتع المستشعر القائم على الفضة بحساسية جيدة، لكنه يعاني من استقرار ضعيف ويكون عرضة للأكسدة. يوفر إضافة طبقات الطلاء من الذهب والنحاس مقاومة كيميائية محسنة وقدرة التصاق الطبقات، مما يعزز الاستقرار الكيميائي للمستشعر. تم إجراء محاكاة باستخدام طريقة الفروقات المحدودة في النطاق الزمني (FDTD) للـ SPR مع سماكة إجمالية للطبقة الثنائية المعدن تبلغ 50 نانومتر، ولكن مع تغيير نسب السماكة. تم تقييم أداء المستشعر بناءً على الحساسية (S)، دقة الكشف (DA)، ومعامل الجودة (FOM)، وتمت مقارنة النتائج بمستشعرات الطبقة الواحدة من الفضة والذهب والنحاس. يزداد استجابة SPR مع انخفاض سماكة الفضة، مما يوفر أفضل النتائج لتكوين 15 نانومتر من الفضة و35 نانومتر من النحاس. ومع ذلك، فإن أداء هذه الطبقة الثنائية المعدن ليس أفضل من أداء الطبقة الواحدة. تم قياس حساسية المستشعرات ذات الطبقة الواحدة من الفضة، الذهب، النحاس، والمستشعر الثنائي المعدن Ag-Cu كالتالي: 2513.33 نانومتر/RIU، 1542 نانومتر/RIU، 1520 نانومتر/RIU، و1351.33 نانومتر/RIU على التوالي