Nonlinear bio nano-sensors via light frequency conversion
通过光频率转换的非线性生物纳米传感器
基本信息
- 批准号:2747663
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- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2022
- 资助国家:英国
- 起止时间:2022 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Technologies facilitating diagnostics, drug discovery, and food safety are of great interest and importance to people's daily lives. Biosensing via nanoscale antennas is one important branch of these technologies [1-3]. Metallic nanoantennas have been proved as versatile tools for detecting biomolecular interactions occurring at the nanostrucures' surface in real-time. Such nanoantennas have been widely used for label-free biological and chemical sensing. The presence of bio-chemical molecules on nanostructures can lead to a dramatic change in the optical scattering of the local area [1]. However, metallic nanoantennas absorb a large amount of light and convert it to heat. Such a characteristic significantly restrict their applications, as they may harm the living organisms. Dielectric nanostructures, on the other hand, lead a new branch of nanophotonics due to their low optical losses and their compatibility for full-functional photonic circuitry [4,5]. By carefully designing dielectric optical nanoantennas, even small volumes of biological molecules can provide a sizeable change in the optical properties within the antenna, which will be further revealed by the scattered fields and radiation patterns.The nonlinear optical process allows converting electromagnetic radiation to a different colour of light, thus can provide a background-noise-free sensing environment [6]. Furthermore, the nonlinear optical signal enables a narrower spectrum than the corresponding linear light spectrum due to the second- or third-order dependence of the nonlinear signal on the incident light intensity. This project will combine nonlinear nanophotonics with biosensing technology to develop a new type of nonlinear biosensors based on dielectric nanoantennas. By characterising the scattered field and emission pattern variations, the nonlinear biosensors will retrieve detailed information about the biological sample with high sensitivity.Specifically, this project aims to address the following challenges step by step:1. Develop a new generation of on-chip nonlinear biosensors with enhanced performance based on high-finesse dielectric optical nanoantennas. 2. Investigate optical interactions in nanostructures surrounded by biological molecules, integrated with newly developed materials, such as graphene, for developing next-generation single-molecule sensing techniques.
促进诊断,药物发现和食品安全的技术对人们的日常生活具有极大的关注和重要性。通过纳米级天线进行生物传感是这些技术的重要分支[1-3]。已证明金属纳米ant虫是用于检测实时在纳米结构表面发生的生物分子相互作用的多功能工具。这种纳米antennas已被广泛用于无标签的生物学和化学传感。纳米结构上生物化学分子的存在会导致局部光散射发生巨大变化[1]。然而,金属纳米antennas吸收了大量的光并将其转换为热量。这样的特征显着限制了它们的应用,因为它们可能会损害生物体。另一方面,介电纳米结构导致了纳米光子学的新分支,因为它们的光损失低及其对全功能光子电路的兼容性[4,5]。通过仔细设计电介质光学纳米antenas,即使是少量的生物分子也可以提供天线内的光学特性的相当大变化,这将通过散射的磁场和辐射模式进一步揭示。因此,光的颜色可以提供无背景的无感应环境[6]。此外,由于非线性信号对入射光强度的二阶或三阶依赖性,非线性光学信号比相应的线性光谱更窄的光谱。该项目将将非线性纳米素化学与生物传感技术相结合,以开发基于介电纳米ant的新型非线性生物传感器。通过表征分散的场和发射模式变化,非线性生物传感器将以高灵敏度检索有关生物样品的详细信息。特别是,该项目旨在逐步解决以下挑战:1。开发新一代的片上非线性生物传感器,其性能增强了,基于高技能介电光学纳米ant。 2。研究由生物分子包围的纳米结构中的光学相互作用,这些分子与新开发的材料(例如石墨烯)集成,用于开发下一代单分子传感技术。
项目成果
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