组成图示
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传感器类型
其他（光学微环谐振器生物传感器）
检测对象
互补DNA（complementary DNA，与ssDNA探针杂交形成dsDNA）；样品基质：DNA溶液/缓冲液（原文未明确实际生物样品）
检测原理
ssDNA探针固定于SOI同心微环顶部或环间空气隙。当互补DNA进入传感区并与探针杂交时，局部生物分子层由ssDNA变为dsDNA，折射率由约1.456升至约1.53，使微环波导有效折射率改变。有效折射率变化导致共振波长移动。同心双环之间存在互耦，可增强透射陷波深度并帮助系统接近临界耦合，因此较小的共振移动会引起透射功率显著变化。双环结构还扩大检测面积，使更多互补分子被捕获，提高信号变化。最终通过直波导输出透射光谱，读取共振峰位移，实现无标记DNA杂交检测。
检测灵敏度
体检测灵敏度: 683 nm RIU−1；环间空气隙体检测灵敏度: 396.616 nm RIU−1
效应效果
该文以数值模拟为主，未报告实际样品加标回收率、RSD、长期稳定性或抗干扰实验。与文献中单环SOI微环70 nm RIU−1相比，顶部双同心环体检测灵敏度达683 nm RIU−1，显著高于单环方案；环间空气隙灵敏度为396.616 nm RIU−1，低于顶部方案。优化后透射陷波深度可达−30 dB，有利于将小共振移动转换为明显透射功率变化。敏感均匀性分析表明，同一环上不同位置引起的共振移动相同，而不同环因光场分布不同而不同；均匀光场有助于提高测量一致性。作者提出将不同共振波长微环单元级联成阵列，实现超紧凑、并行、实时无标记DNA检测，并强调SOI工艺与CMOS兼容。
传感器的构成
- 基底/换能器：SOI（silicon-on-insulator）衬底，含SiO2埋氧层与250 nm Si波导层，提供光波导与谐振腔。
- 微环谐振器：同心双微环（concentric microring resonators），外环半径5 μm、波导宽0.5 μm、波导-环空气隙0.3 μm、环-环空气隙0.2 μm，作为光学换能器。
- 识别元件：ssDNA探针（single-strand DNA probe）固定于功能化硅层顶部或环间空气隙，用于捕获互补DNA。
- 信号标记物：无标记（label-free），未使用荧光、酶或纳米标记物。
- 读出层：直波导（straight waveguide）耦合输入/输出光，通过透射光谱监测共振波长移动。
中文摘要
本文提出一种基于同心硅绝缘体上（SOI）微环谐振器的超紧凑、并行、无标记生物传感器。数值研究表明，与传统单环传感器相比，该传感器具有更高灵敏度和更大检测面积。作者分析了DNA杂交检测灵敏度，将探针固定在双同心环谐振器顶部及环间空气隙中。对于检测面积为27.646 μm²的同心双环系统，体检测灵敏度为683 nm RIU⁻¹。研究还分析了与光场分布相关的系统敏感均匀性。该结构利用SOI微环与CMOS工艺兼容，适合超紧凑光子集成；同心环互耦可增强陷波深度，DNA杂交引起有效折射率变化并导致共振波长移动，从而实现无标记检测。
英文摘要
We propose an ultracompact parallel label-free biosensor based on concentric silicon-on-insulator microring resonators. Our numerical studies show that the proposed biosensor offers higher sensitivity and a larger detection area than conventional single-ring-based sensors. We analyze the detection sensitivity of the DNA hybridization by immobilizing the probe on top of the double concentric ring resonators and in the ring-ring air gap. For a concentric double-ring system with an area of 27.646 microm2, the bulk detection sensitivity is 683 nm RIU(-1). The sensitive uniformity of the system related to the optical field distribution is also studied.