组成图示
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传感器类型
其他（光子晶体平板生物传感器）
检测对象
蛋白质（proteins）、抗原（antigens）、细胞（cells）；样品基质：水相/微流控液体（aqueous fluid/microfluidic channel）
检测原理
该传感器基于光子晶体平板（PCS）的导模共振折射率传感。SiNx 平板表面修饰抗体或链霉亲和素等生物识别分子，目标分析物结合后使识别层附近局部折射率升高。SiNx 二维周期孔阵列支持 TE 或 TM 导模共振，外部光激励下形成尖锐 Fano 透射峰；环境折射率变化引起共振波长线性漂移。填充分数 f 表征电场能量在液体中的比例，TM 模具有更强垂直场穿透和更大 f，因此灵敏度更高；悬空对称结构使上下两侧均暴露于样品，传感体积增大，灵敏度约提高三倍。检测限 DL 与 Q·S 成反比，品质因子下降不改变 S，但影响 DL。系统通过透射谱读取共振峰位移，无需荧光或酶放大。
检测灵敏度
DL: ~10^-6 RIU（SPR）、~10^-6 RIU（1DG）、~5·10^-6 RIU（asymmetric PCS TE-like）、~10^-7 RIU（asymmetric PCS TM-like）、~10^-6 RIU（symmetric PCS TE-like）、~10^-7-10^-8 RIU（symmetric PCS TM-like）；S: 777 nm/RIU（symmetric PCS TM-like, r=200 nm）；S: 829 nm/RIU（symmetric PCS TM-like, r=350 nm, SMM）；S: 902 nm/RIU（symmetric PCS TM-like, r=300 nm, t=180 nm, SMM）
效应效果
论文以理论仿真为主，未报告实际样品加标回收率、RSD 或长期稳定性。与现有方法比较，SPR 和一维光栅传感器的 DL 约为 ~10^-6 RIU；不对称 PCS 的 TE-like 为 ~5·10^-6 RIU，TM-like 为 ~10^-7 RIU；对称悬空 PCS 的 TE-like 为 ~10^-6 RIU，TM-like 可达 ~10^-7–10^-8 RIU。作者初步实验在孔径偏差 ±2 nm 的不对称 PCS TM-like 模上测得 Q>10^3。PCS 具有较窄 Fano 线型、较低偏振敏感性，可通过 TE/TM 模选择匹配蛋白或细胞检测区，并兼容 CMOS 激光/探测器、微流控和大面积传感（15×15 mm）。
传感器的构成
- 基底（不对称设计）：SiO2 衬底，支撑 SiNx 光子晶体平板并影响导模场分布
- 换能器/光子晶体平板：SiNx 二维周期孔阵列，形成 TE/TM 导模共振，将局部折射率变化转换为共振波长漂移
- 识别元件：表面生物识别分子层（抗体或链霉亲和素 streptavidin），特异性捕获目标蛋白或生物素
- 样品介质：H2O 或微流控液体，分析物结合后改变识别层附近局部折射率
- 光学激励/读出：外部入射平面波与透射谱检测，读取 Fano 共振峰位移
中文摘要
本文分析了光子晶体平板中导模共振的折射率灵敏度，指出导模性质会强烈影响光谱灵敏度与品质因子，并由此带来折射率灵敏度的显著提升。对于悬空平板设计，与置于基底上的平板相比，光谱灵敏度可提高约三倍。研究还表明，光谱灵敏度不受制造光子晶体纳米结构中常见的品质因子下降影响。通过合理选择光子晶体平板的设计参数，可实现对蛋白质、抗原和细胞等多种分析物的生物传感。所提出的光子晶体器件兼容大面积生物传感器设计，并允许外部入射光束在微流控器件中直接耦合，有利于无标记、实时、小体积的生物分子检测。
英文摘要
Refractive index sensitivity of guided resonances in photonic crystal slabs is analyzed. We show that modal properties of guided resonances strongly affect spectral sensitivity and quality factors, resulting in substantial enhancement of refractive index sensitivity. A three-fold spectral sensitivity enhancement is demonstrated for suspended slab designs, in contrast to designs with a slab resting over a substrate. Spectral sensitivity values are additionally shown to be unaffected by quality factor reductions, which are common to fabricated photonic crystal nano-structures. Finally, we determine that proper selection of photonic crystal slab design parameters permits biosensing of a wide range of analytes, including proteins, antigens, and cells. These photonic crystals are compatible with large-area biosensor designs, permitting direct access to externally incident optical beams in a microfluidic device.