高增益光子晶體自發輻射增強效應及其生物感測套用

《高增益光子晶體自發輻射增強效應及其生物感測套用》是依託南開大學，由周文遠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高增益光子晶體自發輻射增強效應及其生物感測套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周文遠
• 依託單位：南開大學

中文摘要

生命有害物質的快速高靈敏檢測技術是當前一項迫切需要解決的科技問題，通過修改局域電磁環境實現超靈敏生物螢光檢測，是當前國際上引起高度重視的研究熱點，其中光子晶體自發輻射增強效應可產生高增益無腔鏡激射輸出，研究潛力巨大。研究證實，多光束曝光法全息光子晶體具有產生超強激射能力，其新型多結構光子能帶具有諸多新奇特徵，相關研究亟待開展。本項目將從高Q值子能帶、多帶邊耦合、耦合諧振腔等多種增強機制入手，開展深入系統的理論實驗研究，揭示多結構光子能帶的形成、特性和增強機理。以生物感測套用為目標，通過非傳統的光子晶體結構創新、光子能帶最佳化並結合製備工藝研究，在DCG材料中實現具有良好方向性的超強激射輸出。利用DCG全息光子晶體獨特的吸水和再生能力開展生物感測套用研究，探索將激射與富集有機結合的技術路徑，發展新型快速超靈敏生物感測技術。期望通過該研究，為新型生物感測技術研究提供科學理論和實驗基礎。

結題摘要

生命有害物質的快速高靈敏檢測技術是當前一項迫切需要解決的科技問題，通過修改局域電磁環境實現超靈敏生物螢光檢測，是本項目的核心研究內容。本項目從高Q值子能帶、多帶邊耦合、耦合諧振腔等多種增強機制入手，開展了深入系統的理論和實驗研究工作。在此基礎上，我們的研究工作進一步延伸到微結構光纖微環激射，超靈敏生物螢光檢測，納米孔DNA測序等多個領域，取得了一系列的研究成果。設計並製備了具有特殊子能帶的一維雙周期光子晶體，在光子禁帶中引入具有平坦色散的子能帶。通過設計具有特殊色散能帶的一維雙周期光子晶體結構實現了低閾值、高效率光子晶體激射。在摻雜Rh6G的1D Moiré雙周期光子晶體結構中實現了低閾值、高效率的子能帶激射，激射強度達到裸眼可視。實現了自發輻射放大高達660倍以上、激射閾值降低到1/6，激發效率提高8倍的重要研究成果。通過子能帶耦合增強，實現了新穎的彩色多環錐形多波長激射現象。將光纖的優勢與自發輻射放大研究相結合，以簡化空芯微結構光纖為研究對象，對其新穎的傳導機制以及螢光增強機理進行了系統的研究，開發了簡化空芯微結構光纖微腔雷射器和可調諧多波長激射輸出。設計實現了微結構光纖高靈敏的生物螢光檢測，螢光檢測靈敏度達到了1pmol/L。新技術增強放大了微量樣本螢光信號，同時實現了空間分辨生物感測功能。 通過本課題的研究，我們已經完成了11篇高水平研究論文，其中在國際重要刊物和國際重要會議上已經發表了9篇研究論文，被國際會議接收論文1篇，還有1篇論文正在審稿中。同時，我們還申請了6項發明專利，培養了畢業博士2名，畢業碩士8名，在學博士生2名，在學碩士生3名。圓滿完成了項目書規定的各項指標。