组成图示
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传感器类型
其他（硅光子波导生物传感器）
检测对象
牛血清白蛋白（BSA，FITC-BSA）；样品基质：PBS溶液中的芯片表面图案化纳米膜（另以AZ5214-E光刻胶膜验证）
检测原理
LEAC传感基于局部倏逝场重分布：当BSA等生物分子在SiN波导上表面吸附并形成纳米膜时，波导上表面局部折射率升高，等效于局部波导截面改变，使导模倏逝场分布向上偏移，下包层中的倏逝场衰减常数由g0变为gfilm。埋置在波导下方约1.5 μm的多晶硅光电探测器接收到的光强随之降低，输出光电流减小。膜越厚或结合量越大，光电流调制越大；在2.5 nm BSA膜附近灵敏度约20%/nm。系统采用非对称波导、接近截止模式以及探测器远离波导芯的布局放大调制比，并通过多探测器阵列与参考区实现局部多分析物检测。
检测灵敏度
灵敏度: 20%/nm（photocurrent modulation，BSA layers less than 3 nm thick）
效应效果
实验中，120 nm图案化光刻胶使第7–12号探测器光电流下降约87%（调制比约-0.87），离开膜区后恢复并略高于原值，说明局部倏逝场偏移而非整体功率损失。2.5 nm FITC-BSA膜在第13号探测器处产生约-50%调制，高于BPM模拟的-30%，对应约20%/nm灵敏度。系统为非共振器件，温度依赖低，调制比温度灵敏度约0.3%±0.15%/°C，可用LED简化光源。多探测器阵列支持单波导多区域多分析物检测，芯片体积可小于1 cm3，作者认为适合便携式/即时检测。文中未报告RSD、选择性或实际样品回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器：商用CMOS硅光子集成电路（Si CMOS IC），提供SiO2下包层、埋置光电探测器阵列与金属互连，作为芯片基底与换能平台。
- 光电探测器层：250 nm厚未掺杂未硅化物多晶硅MSM光电探测器阵列（polysilicon MSM photodetector array），位于波导下方1.5 μm SiO2层下，接收倏逝场并输出光电流。
- 波导层：SiN波导芯（SiN waveguide core），由钝化层中刻蚀双沟槽横向定义，传输654 nm导模并承载上表面生物膜。
- 识别/模拟识别层：图案化光刻胶AZ5214-E（n=1.55）或FITC-BSA生物纳米膜，模拟局部生物膜形成并改变波导上表面折射率。
- 信号标记/校准层：FITC（异硫氰酸荧光素）标记BSA，仅用于荧光显微观察和AFM膜厚校准，不参与LEAC光电传感。
- 光学耦合与读出：654 nm激光二极管经单模光纤端火耦合，探针针施加1 V偏压，HP4145或Keithley 2400测量光电流。
中文摘要
本文报道了一种集成、低成本、无标记光子波导生物传感器系统，具有多分析物检测能力，基于商用CMOS硅光子集成电路实现，并用纳米薄膜进行了验证。局部倏逝场阵列耦合（LEAC）生物传感器基于一种与其他倏逝场传感器根本不同的新物理现象：生物纳米膜在波导上表面形成，使局部折射率升高，从而对耦合到波导下方埋置光电探测器阵列的倏逝场产生局部调制。该平面光学波导生物传感器系统对厚度小于3 nm的吸附牛血清白蛋白（BSA）层表现出约20%/nm的光电流调制灵敏度。除BSA响应外，图案化光刻胶实验和光束传播法模拟也支持倏逝场偏移原理。该传感机制使全部光学与电子元件可集成于芯片，实现多分析物生物传感器系统。
英文摘要
An integrated, inexpensive, label-free photonic waveguide biosensor system with multi-analyte capability has been implemented on a silicon photonics integrated circuit from a commercial CMOS line and tested with nanofilms. The local evanescent array coupled (LEAC) biosensor is based on a new physical phenomenon that is fundamentally different from the mechanisms of other evanescent field sensors. Increased local refractive index at the waveguide's upper surface due to the formation of a biological nanofilm causes local modulation of the evanescent field coupled into an array of photodetectors buried under the waveguide. The planar optical waveguide biosensor system exhibits sensitivity of 20%/nm photocurrent modulation in response to adsorbed bovine serum albumin (BSA) layers less than 3 nm thick. In addition to response to BSA, an experiment with patterned photoresist as well as beam propagation method simulations support the evanescent field shift principle. The sensing mechanism enables the integration of all optical and electronic components for a multi-analyte biosensor system on a chip.