组成图示
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传感器类型
其他（光子晶体光学生物传感器）
检测对象
链霉亲和素（streptavidin，PBS 溶液）、体折射率（水-蔗糖、水-异丙醇稀释液）
检测原理
生物素化磷脂（N-Biotinyl Cap-PE）旋涂于 Ta2O5 光子晶体板表面，形成识别层。PBS 中的链霉亲和素与表面生物素发生特异性结合，使光子晶体表面附近有效折射率和质量负载增加，导致导模共振（GMR）发生波长偏移。交叉偏振片构成暗场背景抑制：只有与功能化表面相互作用并发生偏振旋转的 GMR 能透过检偏振片，普通背景光被抑制。绿色 LED 的下降沿覆盖 GMR，共振波长偏移被转换为透射强度变化；结合量越大，GMR 偏移越大，透射强度下降越明显。硅光电二极管将透射光强转为电压，经数据采集实现实时无标记亲和力检测。
检测灵敏度
LOD: ∆n = 2.25 10−4（bulk refractive index）；灵敏度: ∆λ/∆n = ca. 25 nm/RIU；可检测浓度: 2.5 nM streptavidin
效应效果
该演示器在体折射率验证中可区分 0.5% 与 1% 异丙醇水溶液，对应 Δn = 2.25×10−4，三个信号水平间隔约 0.13% 相对电压差。水-蔗糖 0–1 g/ml 测量中，GMR 平均偏移约 10 nm，单个模式最大强度变化达 75%，积分强度下降超过 45%。在生物分子检测中，50 nM 链霉亲和素结合引起 0.5 nm 共振偏移和透射强度下降；2.5 nM 仍可产生约 0.4% 相对电压下降。10 mol% 生物素化 DOPC 表面结合更快，约 1000 s 后信号饱和，表明表面功能化密度可调控响应。作者认为该平台无需昂贵光谱仪，适合低成本、紧凑、实时无标记生物传感。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底（glass substrate）承载 300 nm Ta2O5 层与 70 nm 深线性光栅，周期 Λ=370 nm，形成导模共振（GMR）光学换能器。
- 识别功能化层：生物素化磷脂 N-Biotinyl Cap-PE 与 DOPC 混合旋涂于 PCS 表面，提供生物素识别基团。
- 样品流路：弹性 O 形圈夹在玻璃基底与 PCS 之间形成约 200 µl 流池，蝴蝶套管进样，PBS 样品流过表面。
- 背景抑制元件：PCS 前后两个交叉偏振片（crossed polarization filters），仅允许发生偏振旋转的 GMR 透过。
- 光源：绿色 LED（518 nm），光谱下降沿覆盖 GMR，将共振波长偏移转换为透射强度变化。
- 探测器：硅光电二极管（Si photodiode），短路配置并用电流-电压转换器输出电信号。
- 电子与机械：恒流源驱动 LED，数据采集设备记录电压；3D 打印聚合物框架固定组件。
中文摘要
为满足生物、医学或化学物质的快速现场分析需求，低成本生物传感器具有重要意义。本文提出一种基于表面功能化光子晶体板的无标记光学生物传感器平台：将待测物施加到光子晶体表面，并在两个交叉偏振片之间进行透射测量。这种暗场测量方式可有效抑制背景光，因为只有与功能化表面相互作用的光子晶体导模共振会发生显著偏振旋转，从而被交叉偏振系统选择性透过。作者进一步构建了一个紧凑的低成本生物传感器演示装置，采用发光二极管作为光源、光电二极管作为探测器，将导模共振的波长偏移转化为透射强度变化，实现实时分子亲和力测量。实验表明，该装置能够检测 2.5 nM 链霉亲和素蛋白在生物素功能化光子晶体表面的结合动力学，展示了低成本、便携式无标记生物传感的应用潜力。
英文摘要
There is a strong need for low-cost biosensors to enable rapid, on-site analysis of biological, biomedical, or chemical substances. We propose a platform for label-free optical biosensors based on applying the analyte onto a surface-functionalized photonic crystal slab and performing a transmission measurement with two crossed polarization filters. This dark-field approach allows for efficient background suppression as only the photonic crystal guided-mode resonances interacting with the functionalized surface experience significant polarization rotation. We present a compact biosensor demonstrator using a low-cost light emitting diode and a simple photodiode capable of detecting the binding kinetics of a 2.5 nM solution of the protein streptavidin on a biotin-functionalized photonic crystal surface.