组成图示
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传感器类型
其他（光子晶体表面波光学生物传感器）
检测对象
自由生物素（biotin）；样品基质：PBS（磷酸盐缓冲液，pH 7.2）
检测原理
传感器由BK-7基底上的SiO2/Ta2O5一维光子晶体构成，支持偏振与穿透深度不同的光子晶体表面波（PC SW）。样品注入时，自由生物素与表面链霉亲和素单层结合，使吸附层物理厚度da增加；溶液注入同时引起液体折射率ne变化。p偏振光在接近全反射临界角处的反射锐度用于直接测定ne，该值不依赖光子晶体模型；s偏振PC SW共振角对da和ne均敏感，通过临界角测得的Δne校正后解算Δda。因此表面结合与体积折射率变化被分别读出，信号随生物素结合量增加表现为共振峰位移，高浓度生物素则因竞争/洗脱使厚度下降。
检测灵敏度
基线噪声: 5 × 10−13 m/Hz1/2（吸附层厚度变化）和 9 × 10−8 RIU/Hz1/2（折射率变化）；max(∂Rp/∂Δ)≈1000
效应效果
该传感器可独立记录液体折射率与表面吸附层厚度，避免温度或溶液组成变化造成的体积折射率干扰。实验中链霉亲和素固定与生物素结合的动力学在厚度通道和折射率通道中不同，证明表面与体积贡献可分离。低浓度生物素使单层厚度增加约0.45 Å，与反射干涉光谱报道一致；高浓度生物素先增后降，提示竞争结合或洗脱。临界角反射锐度约1000，高于SPR的20–40和未镀膜棱镜折射计的200–250，RI基线噪声9×10−8 RIU/Hz1/2，厚度噪声5×10−13 m/Hz1/2。适用于液体折射率波动较大的无标记生物检测。
传感器的构成
- 基底：BK-7玻璃棱镜/玻璃片（n0=1.515），承载光子晶体结构并提供全反射界面。
- 光子晶体修饰层：SiO2/Ta2O5 七层一维光子晶体（(LH)3L′，L=SiO2 186.4 nm，H=Ta2O5 115.2 nm，L′=SiO2 776.8 nm），支持PC SW并产生倏逝场。
- 表面氨基化层：3-(2-aminoethylamino)propyldimethoxymethylsilane（氨基硅烷），将SiO2表面OH端转为NH2端。
- 生物素连接层：Biotin-X-X-NHS（生物素酰胺己酰-6-氨基己酸N-羟基琥珀酰亚胺酯），与NH2端反应形成生物素化表面。
- 识别元件：链霉亲和素（streptavidin）单层，固定于生物素化表面，用于结合自由生物素。
- 样品流路：玻璃片流路、玻璃进/出管与Teflon薄膜（35 μm）密封间隔，形成3.5 μL样品室。
- 信号标记物：无标记（label-free），结合事件直接改变吸附层厚度/折射率。
- 光学读出：He–Ne激光（632.8 nm）、保偏光纤与光电二极管阵列，激发s/p偏振PC SW并记录临界角与共振峰。
中文摘要
本文提出一种可独立测定液体折射率（RI）的高精度光学生物传感技术。该传感器利用光子晶体表面波（PC SW）检测生物活性表面上的结合事件，同时通过独立记录全反射临界角直接、无模型依赖地获得液体折射率，从而将表面吸附层厚度变化与液体体积折射率变化分开。作者以生物素与链霉亲和素单层的结合为模型体系，在低浓度和高浓度生物素条件下验证了该技术的可行性。实验结果表明，传感器能够可靠检测链霉亲和素单层厚度的微小变化，并区分缓冲液折射率变化与表面结合动力学。所达到的基线噪声为吸附层厚度变化 5 × 10−13 m/Hz1/2，液体折射率变化 9 × 10−8 RIU/Hz1/2。
英文摘要
A high-precision optical biosensor technique capable of independently determining the refractive index (RI) of liquids is presented. Photonic crystal surface waves were used to detect surface binding events, while an independent registration of the critical angle was used for accurate determination of the liquid RI. This technique was tested using binding of biotin molecules to a streptavidin monolayer at low and high biotin concentrations. The attained baseline noise is 5x10(-13) m/Hz(1/2) for adlayer thickness changes and 9x10(-8) RIU/Hz(1/2) for RI changes.