组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
其他（双芯微结构聚合物光纤生物传感器）
检测对象
抗体（antibody，示例α-链霉亲和素α-streptavidin）；样品基质：水/水溶液（mPOF空气孔内）
检测原理
双芯mPOF构成平衡线性方向耦合器，两芯基模倏逝场重叠形成对称与反对称超模，耦合长度LC=λ/(2Δneff)。空气孔壁固定抗原层后，抗体结合使孔壁生物层厚度增加约5 nm，改变孔壁附近有效折射率边界条件，使超模有效折射率差Δneff变化，LC随之改变。对于固定长度L，透射率T=cos²(πL/LC)，因此透射谱极值发生蓝移。通过宽带光源与探测器追踪极值波长偏移Δλ，灵敏度S=Δλ/Δt。芯间距越大，倏逝场重叠越弱，LC对生物层越敏感，灵敏度越高。该方案无标签、无酶催化放大，主要依靠双芯耦合干涉实现信号放大。
检测灵敏度
灵敏度: 20 nm/nm；20.3 nm/nm at the He-Ne wavelength 633 nm；8.9 nm/nm at 850 nm；5.6 nm/nm at 560 nm；4.0 nm/nm at 610 nm；4 nm/nm
效应效果
该文为数值设计研究，未报告实际样品回收率、RSD或稳定性。选择性依赖抗原-抗体特异性结合，属无标签检测。与长周期光栅、SPR等需后处理或选择性填充的方案相比，双芯mPOF无需后处理，结构参数实验可行。比较2Λ、3Λ、4Λ芯间距，灵敏度随芯间距增大而提高；15 cm、4Λ结构在633 nm达20.3 nm/nm，为FWM预测记录10.4 nm/nm的约2倍，850 nm为8.9 nm/nm。实测单芯PMMA mPOF损耗约5–30 dB/m，优化后可低于1 dB/m；在633/850 nm损耗约0.15/0.07 dB/cm，支持<15 cm器件。作者认为其适合可见光波段高灵敏、无标记、选择性生物传感。
传感器的构成
- 基底/换能器：双芯微结构聚合物光纤（dual-core mPOF，PMMA），六角孔结构（Λ=2 μm，d=1 μm），作为光波导与方向耦合器
- 样品腔：空气孔（air holes）填充水（water），提供倏逝场与生物样品相互作用区
- 功能化层：生物素（biotin）等固定层，用于将抗原固定于孔壁
- 识别元件：抗原层（antigen layer，约10 nm；对比传感层ts=40 nm），选择性捕获抗体
- 目标结合层：抗体生物分子（antibody biomolecules，示例α-链霉亲和素α-streptavidin，ta=5 nm），结合后改变孔壁生物层厚度
- 信号读出：双芯耦合长度（LC）与透射率（T）变化，经宽带光源/探测器或单波长光源读取透射谱极值波长偏移
中文摘要
本文提出一种实验可行的双芯微结构聚合物光纤（dual-core mPOF）生物传感器设计，该器件可作为高灵敏、无标记且具有选择性的生物传感器。在mPOF的空气孔壁固定抗原传感层，使其能够选择性捕获抗体生物分子。抗体结合后形成的生物分子层厚度变化，可被检测为两芯之间耦合长度的变化。作者比较了两实心芯之间分别具有1、2和3个空气孔的mPOF结构，并表明灵敏度随芯间距增大而提高。数值计算表明，在mPOF低损耗的可见光波段，可获得最高约20 nm/nm的灵敏度，其定义为每纳米生物层厚度所引起的共振波长偏移。
英文摘要
We present experimentally feasible designs of a dual-core microstructured polymer optical fiber (mPOF), which can act as a highly sensitive, label-free, and selective biosensor. An immobilized antigen sensing layer on the walls of the holes in the mPOF provides the ability to selectively capture antibody biomolecules. The change of the layer thickness of biomolecules can then be detected as a change in the coupling length between the two cores. We compare mPOF structures with 1, 2, and 3 air-holes between the solid cores and show that the sensitivity increases with increasing distance between the cores. Numerical calculations indicate a record sensitivity up to 20 nm/nm (defined as the shift in the resonance wavelength per nm biolayer) at visible wavelengths, where the mPOF has low loss.