组成图示
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传感器类型
其他（硅光子环形谐振器生物传感器）
检测对象
抗兔免疫球蛋白G（anti-rabbit IgG）、抗羊免疫球蛋白G（anti-goat IgG）；样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS）/去离子水（DI water）中的蛋白质溶液，经SU-8微流控通道输送
检测原理
该传感器为无标记光学折射率传感。SOI波导具有高折射率，准TM模式倏逝场强烈限制在表面；环形谐振器使光多次通过传感区，放大表面扰动。传感环表面经氨基硅烷化并固定山羊/兔IgG受体，BSA封闭后，样品中的抗羊/抗兔IgG与受体特异性结合。结合事件在表面增加质量并改变局部有效折射率Δneff，导致共振波长移动ΔλR=λRΔneff/ng。不同半径环的共振波长间隔约1 nm，作为WDM地址，单输出端口和单探测器即可同时读取多路信号。参考环被SU-8包覆，用于扣除温度等环境漂移。信号随抗体浓度增加而增大，可覆盖4个数量级并低至20 pM。
检测灵敏度
LOD: 20 pM（原文：down to 20 pM）；线性范围: 0.02 nM–200 nM（原文：0.02, 2, 20, and 200 nM; over 4 orders of magnitude）；灵敏度: 135 nm/RIU（原文：fluid index sensitivity is 135 nm/RIU）；分辨率: 0.3 pg/mm2（原文：resolution of 0.3 pg/mm2 (40 ag of total mass)）；波长分辨率: <0.3 pm（原文：resonance resolution is <0.3 pm）
效应效果
系统表现出高均匀性与稳定性：四个传感环对蔗糖折射率变化的响应差异为±1 pm（ΔλR=95 pm），使用参考环校正后基线漂移保持在<±2 pm；反应可连续测量3小时。选择性方面，兔IgG传感环对抗兔IgG响应约150 pm，而山羊IgG传感环对抗兔IgG仅约10 pm（80 min），选择性约15:1。饱和结合波长移动约1200 pm，对应单分子层表面质量约1.2 ng/mm2；0.3 pm波长分辨率对应0.3 pg/mm2，约40 ag总质量，为饱和单层的0.03%。作者认为该设计显著优于现有商用系统，适合低通道数小型化多路生物传感。
传感器的构成
- 基底/换能器：绝缘体上硅（SOI）硅波导与环形谐振器（Si ring resonators, access waveguides，450 nm×260 nm，准TM模式），利用倏逝场将分子吸附转换为共振波长移动
- 微流控层：SU-8微流控通道（50 μm厚SU-8 microfluidic channel），用于将样品输送至各传感窗口
- 包覆/参考层：SU-8聚合物包覆层（2 μm SU-8 cladding），保护参考环并抵消环境漂移，传感环开窗暴露
- 表面化学修饰：气相硅烷化3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷（3-aminopropyl-methyldiethoxysilane, APMDS），提供氨基表面用于固定受体
- 识别元件：山羊IgG（goat IgG）与兔IgG（rabbit IgG）受体，分别点样于传感环1–3，用于特异性结合抗羊/抗兔IgG
- 封闭/对照：牛血清白蛋白（BSA，1 mg/mL），封闭未占据硅烷分子，并在传感环4作为对照
- 光学读出：WDM单输出端口、连续扫描激光、偏振保持光纤耦合与单探测器（single detector），通过透射光谱共振波长移动读取信号
中文摘要
本文报道一种基于绝缘体上硅（SOI）环形谐振器的无标记生物传感器阵列，采用单输出端口和波分复用（WDM）寻址方案。阵列由一个参考环和四个不同半径的传感环组成，各环共振波长作为地址，单探测器即可同时读取多个传感单元。参考环被SU-8包覆用于抵消温度等环境漂移，传感环开窗暴露于样品。表面经气相硅烷化后，通过非接触点样分别固定山羊IgG、兔IgG受体，并以BSA作对照。通过连续注入抗兔IgG和抗羊IgG，实现多路抗原-抗体结合监测。系统对蛋白质浓度覆盖4个数量级，最低至20 pM，表面质量分辨率为0.3 pg/mm2，对应约40 ag总质量；反应可稳定测量长达3小时。该设计结构简单、通道数少，适合小型化、低成本多路生物传感系统。
英文摘要
We report a silicon-on-insulator ring resonator biosensor array with one output port, using wavelength division multiplexing as the addressing scheme. With the use of on-chip referencing for environmental drift cancellation, simultaneous monitoring of multiplexed molecular bindings is demonstrated, with a resolution of 0.3 pg/mm(2) (40 ag of total mass) for protein concentrations over 4 orders of magnitude down to 20 pM. Reactions are measured over time periods as long as 3 h with high stability.