Simulasi deteksi gelatin babi dengan sensor SPR berbasis fiber optik menggunakan metode FDTD

INDONESIA :

Sensor surface plasmon resonance (SPR) berbasis fiber optik disimulasikan untuk mendeteksi gelatin babi menggunakan pendekatan numerik metode finite-difference time-domain (FDTD). Simulasi dilakukan dengan variasi ketebalan lapisan logam Ag, Au, dan Cu pada rentang 20–100 nm, serta panjang probe sensing 100–300 µm. Indeks bias gelatin babi diuji dalam konsentrasi 0,4–2,0% menggunakan Refraktometer Abbe. Hasil menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi gelatin babi, indeks bias meningkat, menyebabkan pergeseran panjang gelombang resonansi pada spektrum SPR. Evaluasi performa sensor dilakukan melalui parameter sensitivitas (S), akurasi deteksi (DA), faktor kualitas (QF), dan figure of merit (FOM). Sensor dengan lapisan Au 40 nm dan panjang probe sensing 100 µm menunjukkan performa terbaik dengan sensitivitas mencapai 4266 nm/RIU. Studi ini menunjukkan bahwa desain sensor SPR berbasis fiber optik mampu mendeteksi gelatin babi secara sensitif dan selektif, serta berpotensi diterapkan dalam industri makanan dan farmasi untuk mendukung sistem jaminan halal.

ENGLISH:

The simulation of optical fiber-based surface plasmon resonance (SPR) aims to detect porcine gelatine using a finite-difference time-domain (FDTD) method numerical approach. The simulation employed Ag, Au, and Cu metal layer thickness of 20–100 nm and probe sensing length of 100–300 µm. The refractive index of porcine gelatine was tested using a concentration of 0.4–2.0% and an Abbe Refractometer. The result shows that the higher the porcine gelatine concentration, the higher the refractive index. It leads to resonance wavelength shifts on the SPR spectrum. The sensor performance evaluation employs parameters of sensitivity (S), detection accuracy (DA), quality factor (QF), and figure of merit (FOM). The 40 nm Au layer sensor and 100 µm sensing zone length show the best performance by sensitivity of 4266 nm/RIU. The study shows that an optical fiber-based SPR sensor design can detect porcine gelatine sensitively and selectively, and it has potential application on food and pharmacy industries to support halal warranty system.

مستخلص البحث:

مت محاكاة استشعار الرنين البالزمون السطحي(SPR)القائم على األلياف الضوئية للكشف عن الجالتين من لحمالخنزير باستخدام طريقة النطاقالزمني للفرق المحدود (FDTD.)تم تنفيذ المحاكاة بتباين في سماكة طبقات المعادنAgوAuوCuفي نطاق20-100نانومتر، باإلضافة إلى طول منطقة االستشعار100-300ميكرومتر. تم اختبارمعامل انكسار الجالتين من لحم الخنزير بتركيز يتراوح بين0.4-2.0% باستخدام جهاز قياس انكسار الضوء من نوعآبي (Abbe). أظهرت النتائج كلما زاد تركيز الجالتين من لحم الخنزير، زاد معامل االنكسار، مما أدى إلى انزالقفي طول الموجة الرنانة في طيف(SPR). تم تقييم أداء االستشعار من خالل معايير الحساسية(S)، ودقة الكشف(DA)، وعامل الجودة(QF)، ورقم الجدارة (FOM.)أظهر االستشعار الذي يحتوي على طبقةAuبسمك40نانومتر وطول منطقة استشعار100ميكرومتر أفضل أداء مع حساسية تصل إلى4266نانومتر/RIU. أظهر هذاالبحث أن تصميم استشعار الرنين البالزمون السطحي(SPR)القائم على األلياف الضوئية قادر على الكشف عنالجالتين من لحم الخنزير بدقة وحساسية، وله إمكانية التطبيق في صناعة المواد الغذائية واألدوية لدعم نظام ضمانالحالل