基于SPR的折射率传感器设计,带有格纹Au-ZnS,用于使用机器学习检测登革热
Ananya Banerjee1, Jaisingh Thangaraj1
1Department of Electronics Engineering, Indian Institute of Technology (Indian School of Mines), Dhanbad, 826004 Jharkhand, India.
概括
这项研究引入了一种新的表面等离子共振 (SPR) 光纤传感器,使用黄金和硫化纳米结构来检测折射率. 传感器表现出高灵敏度,并准确地检测出登革热病毒,通过机器学习模型进行增强.
科学领域:
- 光子学和光学 在光子学和光学.
- 纳米技术 纳米技术
- 生物医学传感传感器
背景情况:
- 表面等离子共振 (SPR) 传感器对于无标签的生物感应至关重要.
- 光纤SPR传感器在小型化和遥感方面具有优势.
- 开发高度敏感和特定的生物传感器对于早期疾病检测至关重要.
研究的目的:
- 提出和研究一种新的SPR光纤折射率 (RI) 传感器.
- 为了优化传感器设计,以实现最大波长灵敏度 (WS).
- 评估传感器检测登革热病毒的能力及其与机器学习的整合.
主要方法:
- 使用双金属纳米结构 (黄金/硫化物) 制造多模式纤维 (MMF) SPR传感器.
- 系统评估设计参数以最大限度地提高波长灵敏度.
- 机器学习 (ML) 的应用,特别是神经网络 (NN) 模型,用于数据分析和预测.
- 使用RI灵敏度,检测精度 (DA),功效图 (FOM) 和信号与噪声比 (SNR) 等指标进行性能评估.
主要成果:
- 该SPR传感器表现出非线性RI灵敏度,范围从9000到18000nm/RIU.
- 在感染的血红蛋白中检测出登革热病毒的最高WS为14285.71 nm/RIU.
- 该NN模型表现出卓越的性能,平均平方误差 (MSE) 为0.2828和R2为0.9998.
- 关键性能指标包括最大DA为14.285μm-1,FOM为158.73 RIU-1,SNR为5.55和QF为79365.055 nm/RIU.
结论:
- 拟议的SPR光纤传感器具有双金属纳米结构,对于RI传感非常有效.
- 整合ML,特别是NN,显著提高了传感器在预测和分类中的性能.
- 开发的生物传感器显示出敏感和准确的生物应用的巨大潜力,包括疾病检测.
