基于转移矩阵建模的GdF3/MoS2增强型SPR传感器在糖尿病管理中用于无标记定量尿液葡萄糖检测的研究：一项基于仿真的分析

《Journal of Computational Electronics》：Transfer matrix modelling of a GdF3/MoS2 enhanced SPR sensor for label-free quantitative urine glucose detection in diabetes management: a simulation-based study

基于表面等离子体共振（SPR）的尿糖检测传感器，通过GdF3/MoS2多层结构优化，实现非侵入式高灵敏度检测（300 deg/RIU），支持可持续发展目标3。

　　

摘要

本理论研究的目的是提出一种表面等离子体共振（SPR）传感器，用于检测尿液样本中的葡萄糖含量，以改善糖尿病的管理。通过对Kretschmann结构进行改进，在等离子体银金属层与传感介质之间添加了氟化钆（GdF?）作为电介质，以及MoS?（二硫化钼）作为二维（2D）材料层，从而实现了无需标记的定量葡萄糖检测。该传感器的性能取决于各层的厚度。为了达到无创诊断所需的最低反射率（R_min）和高灵敏度，对各层的厚度进行了优化。采用传输矩阵方法（TMM）对所提出的多层SPR结构的反射率进行了计算。在固定波长633 nm的情况下，通过观察SPR共振角来评估传感器的性能。利用MATLAB模拟的SPR曲线计算了关键性能参数，如灵敏度（S）、优值（FoM）、检测准确度（DA）和半高宽（FWHM）。对于10 g/dL的葡萄糖浓度，测得的最高灵敏度和优值分别为216.66 deg/RIU和32.71 RIU?¹。在1.33至1.40的较宽折射率（RI）范围内，该传感器芯片配置的性能得到了评估；在这个范围内，获得的最高灵敏度值为300 deg/RIU，优值为53.0973 RIU?¹。这些结果表明，所提出的多层结构为糖尿病中的葡萄糖检测提供了一个高灵敏度且可靠的平台，有助于推进符合可持续发展目标3（良好健康与福祉）的无创诊断技术。