组成图示
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传感器类型
其他（光子晶体角谱生物传感器）
检测对象
生物分子（biomolecules，未具体）、体相折射率（bulk refractive index, RIU）；样品基质：水（water, n=1.33）或空气包覆，概念上生物缓冲液/样品液
检测原理
单频光经波导沿ΓM或ΓK方向进入硅光子晶体薄膜。在光线上方的谐振导模与自由空间模式耦合，辐射场在固定频率下形成洛伦兹角谱峰。当待测生物分子与表面受体结合，或体相介质折射率改变时，孔内及上下包覆层折射率发生变化，改变导模色散和动量匹配条件，使洛伦兹峰角度θ/φ或固定角度下的频率发生移动。傅里叶光学测量装置检测该移动，移动量与折射率变化近似线性，从而反映生物分子浓度。该方案不依赖荧光标记或酶催化放大，而利用光子晶体高色散导模增强折射率响应。
检测灵敏度
灵敏度: 65° per refractive index unit and more；64.9°/RIU（symmetric cladding）；51.0°/RIU（asymmetric cladding）；40.6°/RIU（no cladding）
效应效果
该文以FDTD模拟为主，未报告实际样品回收率、选择性、稳定性或重现性。模拟显示对称包覆层灵敏度最高，为64.9°/RIU，非对称包覆层为51.0°/RIU，无包覆层为40.6°/RIU；ΓK方向激发灵敏度与ΓM方向大致相当，但洛伦兹峰出现畸变并伴随φ=90°散射。高频、小角度处峰宽更窄，检测限更优；在22 dB信噪比下，Monte Carlo噪声分析表明检测限与噪声幅度线性相关，提高信噪比可进一步降低检测限。作者认为该器件相比SPR角谱模式性能更优，且无需金属沉积或耦合棱镜，单频工作有利于低成本集成。
传感器的构成
- 换能基底：硅光子晶体薄膜（Si PhC slab），三角晶格孔，孔径0.8a，厚度0.3a，提供导模-自由空间耦合与折射率敏感界面
- 传感介质/孔内填充：水（water, n=1.33）或空气（air），作为折射率变化介质，决定传感区光场相互作用
- 上下包覆层：对称/非对称包覆层（air 或 water, n=1.33），控制孔内与膜上下折射率环境，影响灵敏度
- 光输入结构：波导（waveguide），沿ΓM或ΓK方向将单频光耦合进入光子晶体
- 识别元件：未具体报道；概念上为表面受体/生物分子结合层（receptor/biomolecule layer），引起局部折射率变化
- 信号读出：傅里叶光学测量装置（Fourier measurement setup），检测自由空间辐射角θ/φ或固定角度下的频率移动
中文摘要
医疗、食品与军事等领域对低成本、可靠生物传感器的需求持续增长，除提高灵敏度与检测限外，器件制备和系统集成同样重要。本文提出一种基于光子晶体（photonic crystal, PhC）的新型生物传感器概念，其可在单一频率下工作，区别于传统谐振式传感器。在特定频率范围内，光子晶体中的导模可与自由空间模式发生耦合，使辐射角谱呈现洛伦兹峰形；当传感区域附近折射率因生物分子结合或体相介质变化而改变时，该洛伦兹峰位置发生移动。作者采用有限时域差分法（FDTD）模拟了不同包覆层配置和激发方向，发现对称包覆层具有最高灵敏度，模拟灵敏度可达65°/折射率单位（RIU）以上。该方案无需金属沉积或耦合棱镜，并可通过傅里叶光学测量实现单频角谱检测，具有集成化与低成本应用潜力。
英文摘要
The need for cost effective and reliable biosensors in e.g. medical applications is an ever growing and everlasting one. Not only do we strive to increase sensitivity and detection limit of such sensors; ease of fabrication or implementation are equally important. In this work, we propose a novel, photonic crystal based biosensor that is able to operate at a single frequency, contrary to resonance based sensors. In a certain frequency range, guided photonic crystal modes can couple to free space modes resulting in a Lorentzian shape in the angular spectrum. This Lorentzian can shift due to refractive index changes and simulations have shown sensitivities of 65 degrees per refractive index unit and more.