组成图示
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传感器类型
其他（SRR等离子体折射率生物传感器）
检测对象
局部介电环境/折射率变化（refractive index change）；抗体-抗原相互作用（antibody-antigen interaction）、细胞膜分子识别（cell membrane molecular recognition）、细胞内生物事件（intracellular bio-events）；样品基质：SRR 表面介电层、活细胞/细胞器环境
检测原理
该传感器利用 SRR 阵列中的驻波等离子体共振产生多个反射峰。共振波长 λm 与共振模 m、SRR 总长 L 和局部有效折射率 neff 相关，可近似表示为 λm=(λ0+2neffL)/m，neff 由基底、分析物和周围介质的折射率加权贡献。当生物分析物与 SRR 表面分子受体结合时，界面附近介电环境改变，neff 增加，导致反射峰发生红移 Δλm，位移大小随结合量/局部折射率变化而变化。低阶模电场更强地局域在 SRR 与介电层界面，因此灵敏度高但检测长度短；高阶模场穿透更深，检测长度可达微米级，灵敏度适中。信号通过垂直入射反射光谱直接读出，无需标记和光学耦合器，也不依赖酶催化或核酸放大。
检测灵敏度
灵敏度: 2700 nm/RIU（d510 样品第1共振模）；增大 SRR 尺寸可进一步提高至 >2700 nm/RIU
效应效果
实验以 PMMA 薄膜作为介电覆盖层验证传感性能。d510 样品第1共振模灵敏度达 2700 nm/RIU，作者认为增大 SRR 尺寸可进一步提高。与棱镜耦合 SPP 生物传感器（970–13800 nm/RIU）和 LSPR 生物传感器（120–500 nm/RIU）相比，其灵敏度具有竞争力。低阶模在 200–500 nm 内饱和，实验在 450 nm 内饱和，适合小分子和大分子表面结合检测；高阶模在 2 μm 内未饱和，实验超过 900 nm 仍位移，适合细胞内生物事件。器件无耦合器，避免耦合油泄漏和色散，可实时、无标记检测，并具备活细胞无标记生物成像潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器：透明石英基底（quartz substrate），承载 SRR 阵列并支撑垂直入射反射测量
- 纳米结构换能层：50 nm 金层（Au）经电子束光刻与抬升法制备的平面 SRR 阵列，形成多模等离子体反射峰
- 介电覆盖层：PMMA 薄膜，用于模拟局部介电环境变化并验证检测长度
- 识别元件：SRR 表面固定的分子受体（molecular receptors），用于捕获生物分析物
- 信号标记物：无，采用无标记（label-free）反射峰位移检测
中文摘要
本文提出一种基于纳米结构开口环谐振器（SRR）的无耦合器多模折射率生物传感器。所制备的 SRR 阵列呈现多个反射峰，其光谱位置对局部介电环境敏感，并可用驻波等离子体共振模型定量描述，从而为多模折射率（MMRI）传感器提供设计规则。研究进一步表明，低阶共振模因电磁场局域更强而具有更高灵敏度，但检测长度较短，通常在 500 nm 以内；高阶共振模灵敏度适中，却具有微米级检测长度，可用于细胞内生物事件检测。该器件以透明石英为基底，采用 50 nm 金层电子束光刻和抬升法制备不同尺寸 SRR 阵列，并通过微傅里叶变换红外光谱在垂直入射下直接测量反射谱。这些特性使 SRR 传感器兼具多功能生物传感与潜在无标记生物成像能力。
英文摘要
We present a coupler-free, multi-mode refractive index sensor based on nanostructured split ring resonators (SRRs). The fabricated SRR structures exhibit multiple reflectance peaks, whose spectral positions are sensitive to local dielectric environment and can be quantitatively described by our standing-wave plasmonic resonance model, providing a design rule for this multi-mode refractive-index (MMRI) sensor. We further manifest that the lower-order modes possess greater sensitivity associated with stronger localized electromagnetic field leading to shorter detection lengths within five hundreds nanometers, while the higher-order modes present mediate sensitivity with micron-scale detection lengths to allow intracellular bio-events detection. These unique merits enable the SRR-based sensor a multi-functional biosensor and a potential label-free imaging device.