组成图示
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传感器类型
其他（偏振全内反射生物传感器）
检测对象
牛血清白蛋白（BSA）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）；另以氯化钠（NaCl）水溶液校准体折射率
检测原理
偏振全内反射生物传感器以 SF11/BK7 棱镜与玻璃片界面作为换能界面。He-Ne 激光经偏振器、SBC 和 PEM 形成 45° 线偏振光，PEM 对 p 分量进行 50 kHz 相位调制。当样品体折射率或表面生物膜厚度改变时，全内反射的 s/p 偏振分量反射系数和相位差发生变化。系统选择初始相位延迟 α=-ΔΦmax，使角度偏振曲线（APC）峰角位置仅响应体折射率，峰幅值响应表面薄膜沉积。BSA 非特异性结合到 APTES 氨基玻璃表面形成生物膜，改变界面光学特性；反射光经分析器、探测器进入锁相放大器，提取一、二次谐波并计算 APC，从而同时获得体折射率和膜厚信息。该过程为无标记检测，未使用酶或核酸放大。
检测灵敏度
LOD: better than 10^-5 RIU；生物膜厚度 LOD: 0.5 nm；相位分辨率: 0.02°
效应效果
实验中，清洁玻璃表面因静电排斥几乎不吸附 BSA，仅观察到体折射率变化；APTES 氨基化玻璃可非特异性结合 20 和 50 μg/mL BSA，峰幅值随吸附动态上升且不回基线，峰角位置随 PBS 恢复，说明体折射率与膜厚信息可独立读取。体折射率检测限优于 10^-5 RIU，与商用 SPR 的 10^-5~10^-6 RIU 相当；0.02° 相位分辨率对应约 0.5 nm 生物膜厚度。TIR 结构无需金属膜，可结合透射成像、DNA 芯片、细胞培养和显微镜，适合低成本、便携和多参数生物传感。论文未报告 RSD、回收率或特异性抗体识别性能。
传感器的构成
- 基底/换能器：SF11 或 BK7 耦合棱镜，提供全内反射界面并承载传感表面
- 传感表面：玻璃片（Cargile Lab）与棱镜浸没接触，作为生物膜沉积界面
- 表面修饰层：3-(aminopropyl)-triethoxysilane（APTES）硅烷化氨基玻璃，提供非特异性结合位点
- 识别元件：氨基官能化玻璃表面，通过非特异性吸附捕获 BSA，无特异性抗体或适配体
- 样品室：20 μl 流动注射池，引入 PBS/BSA 样品并维持液-棱镜接触
- 光学调制层：Glan-Taylor 偏振器、Soleil-Babinet 补偿器（SBC）和光弹调制器（PEM），产生 45° 偏振并对 p 分量进行 50 kHz 相位调制
- 信号读出：45° 分析器、光电探测器与锁相放大器，提取一/二次谐波得到相位差和振幅
中文摘要
本文提出一种基于时间相位调制的偏振全内反射（TIR）生物传感器概念。系统利用 632.8 nm He-Ne 激光，经偏振器、Soleil-Babinet 补偿器和光弹调制器产生 45° 线偏振光，并对 p 偏振分量进行 50 kHz 正弦相位调制。光在 SF11 或 BK7 棱镜与玻璃传感片界面发生全内反射，反射光的 s 和 p 偏振分量相位差及振幅随样品体折射率和表面生物膜厚度变化。通过锁相放大器提取谐波，可构建角度偏振曲线，其峰角位置对应体折射率变化，峰幅值对应表面薄膜沉积动态。实验表明，体折射率检测灵敏度优于 10^-5 RIU，生物膜厚度灵敏度约为 0.5 nm。该方案无需金属膜，可基于廉价透明基底实现低成本、多参数生物传感与显微成像应用。
英文摘要
In this paper, a concept of polarimetric total internal reflection (TIR) biosensor based on the method of temporal phase modulation is presented. Measurements of the phase difference between s- and p- polarized light combined with their amplitudes allow simultaneous detection of the bulk refractive index and thickness of the surface biofilms. Obtained experimental sensitivity is better than 10(-5) in terms of refractive index unit and 0.5 nm in biolayer thickness. Relatively simple technological implementation of the TIR sensors on the base of inexpensive and transparent substrates opens a number of novel applications in biosensing and microscopy.