组成图示
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传感器类型
其他（LSPR光学波导生物传感器）
检测对象
蔗糖溶液（sucrose solution，水溶液基质）、微环境折射率（refractive index，微流控通道液体）
检测原理
该传感器以C形SU-8波导的弯曲段作为倏逝场传感区。SU-8表面经APTMS功能化后，通过静电作用固定约23 nm GNP，使波导表面在530 nm附近形成LSPR吸收。当微流控通道内液体折射率改变时，波导倏逝场与GNP界面环境发生变化，LSPR吸收强度随之改变，导致透过波导的光在530 nm处吸光度变化。白光LED经光纤耦合器输入波导，输出端由光纤光谱仪连续记录吸光度。吸光度变化与折射率在1.33–1.37 RIU范围内近似线性，灵敏度约5 ΔA/RIU。若用于亲和检测，生物分子结合会改变局部折射率，从而产生可测信号。
检测灵敏度
线性范围: 1.33–1.37 RIU；灵敏度: ~5 ΔA/RIU at 530 nm；裸波导灵敏度: ~2.5 ΔA/RIU；分辨率: ~2×10^-4 RIU
效应效果
C形波导相比此前U形波导在455、560和625 nm等峰值波长处整体透射提高5–10倍，有利于改善信噪比。GNP包覆使折射率灵敏度由裸SU-8波导的约2.5 ΔA/RIU提高到约5 ΔA/RIU，分辨率约2×10^-4 RIU。作者指出该结构采用单步SU-8微加工，易于批量制备；作为倏逝吸收型传感器，分析物溶液颜色或光密度影响较小，除非染料等分子吸附到波导表面。GNP还可增强对结合到表面的大分子的敏感性。与Sai等光纤波导相比，本探针灵敏度提升较小，可能因为有效传感面积仅约0.2669 mm^2，而光纤探针约12 mm^2。原文未报告选择性、重现性RSD或实际样品加标回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器：氧化硅片（oxidized silicon wafer），承载SU-8微结构并提供机械支撑
- 波导/微流控层：SU-8光刻胶，单步光刻形成C形嵌入式聚合物波导与微流控通道，光在弯曲波导中产生倏逝场
- 表面功能化层：氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS），在SU-8表面形成氨基硅烷层，提供氨基用于静电结合GNP
- 纳米材料修饰层：约23 nm金纳米颗粒（GNP），固定于氨基硅烷层，提供530 nm LSPR吸收信号
- 识别元件：未固定特异性生物识别元件；以微环境折射率变化作为检测信号，可进一步用于亲和传感
- 信号标记物：无外源标记物；GNP本身作为LSPR光学信号元件
中文摘要
本研究报道了一种新型嵌入式光学波导传感器，该传感器利用涂覆在C形聚合物波导表面的金纳米颗粒（GNP）的局域表面等离子共振（LSPR）效应进行检测。按照设计，该传感器可作为分析芯片，用于检测其微环境折射率的微小变化，因此适合作为亲和生物传感器进行大规模应用。C形波导与微流控通道通过在氧化硅片上对SU-8光刻胶进行单步光刻而制备。SU-8波导表面结合GNP后，其LSPR吸光度在折射率1.33–1.37范围内与折射率变化呈线性关系。宽度为200 μm、弯曲半径为1 mm的GNP包覆C形弯曲波导在530 nm处的灵敏度约为5 ΔA/RIU，而相同尺寸裸C形SU-8波导的灵敏度约为2.5 ΔA/RIU。该传感器探针的分辨率约为2×10^-4 RIU。
英文摘要
In this study, a novel embedded optical waveguide based sensor which utilizes localized surface plasmon resonance of gold nanoparticles coated on a C-shaped polymer waveguide is being reported. The sensor, as designed, can be used as an analysis chip for detection of minor variations in the refractive index of its microenvironment, which makes it suitable for wide scale use as an affinity biosensor. The C-shaped waveguide coupled with microfluidic channel was fabricated by single step patterning of SU8 on an oxidized silicon wafer. The absorbance due to the localized surface plasmon resonance (LSPR) of SU8 waveguide bound gold nano particle (GNP) was found to be linear with refractive index changes between 1.33 and 1.37. A GNP coated C-bent waveguide of 200 μ width with a bend radius of 1 mm gave rise to a sensitivity of ~5 ΔA/RIU at 530 nm as compared to the ~2.5 ΔA/RIU (refractive index units) of the same dimension bare C-bend SU8 waveguide. The resolution of the sensor probe was ~2 × 10(-4) RIU.