组成图示
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传感器类型
其他（光纤环腔衰减倏逝场折射率生物传感器）
检测对象
单链DNA（ssDNA S1、ssDNA S2）、双链DNA（dsDNA S3）、大肠杆菌（Escherichia coli DH5α）；样品基质为去离子水（DI water）溶液，表面DNA检测用PBS清洗
检测原理
FLRD-EF传感器将激光脉冲注入120 m单模光纤环路，脉冲多次往返形成指数衰减，衰减时间常数τ作为读出信号。部分刻蚀单模光纤传感头使倏逝场泄漏至外部介质；当介质折射率变化时，倏逝场散射/损耗改变，环路总损耗随之变化，τ发生漂移。体相DNA或细菌改变溶液整体折射率，不同DNA因RI差异产生不同τ，细菌悬浮液可区别于去离子水。表面无标记DNA检测中，PLL正电荷结合负电探针DNA S1，S1与互补目标S2杂交后在界面形成DNA层，改变局部折射率并引起τ变化；非互补S3不结合，τ基本不变。多次往返机制放大灵敏度，最小可检测折射率差达0.00003 RIU。
检测灵敏度
检测灵敏度: 1.3 μm（原文如此，DNA溶液）；最小可检测折射率差: 0.00003 RIU
效应效果
传感器响应快（<1 s）且可重复，能区分空气、去离子水和不同DNA溶液；最小可检测折射率差0.00003 RIU，优于传统单程倏逝场裸光纤传感器。大肠杆菌DH5α（1.4×10^9 cell/mL）悬浮液可快速、可逆地区别于去离子水。表面DNA检测中，S1修饰传感头对非互补S3无响应（E、G均为9.2 μs），对目标S2响应至10.0 μs，选择性来自特异性杂交。涂层使D-H阶段环腔衰减时间差达0.49 μs，约为未涂层0.03 μs的16倍；考虑浓度差异后增强约12倍，DNA溶液检测灵敏度1.3 μm，与LPG型DNA传感器相当。作者认为该FLRD-EF传感器无需FBG/LPG，成本低、结构简单、潜在灵敏度更高。
传感器的构成
- 换能器/基底：单模光纤（SMF 28，Corning）构成120 m光纤环路，芯径8 μm、包层125 μm，承载激光脉冲并产生环腔衰减信号
- 传感头：部分刻蚀单模光纤（etched SMF），用48% HF刻蚀至约10 μm，使倏逝场泄漏到外部介质，实现折射率敏感
- 光源/读出：温度控制连续波二极管激光（1515.15 nm，30 mW）与InGaAs光电探测器（Thorlabs PDA50B），产生并检测指数衰减脉冲序列
- 耦合/控制：两个2×1光纤耦合器（Opneti Communication）、脉冲发生器（SRS DG535）、电流/温度控制器、示波器和计算机，用于耦合、触发与数据采集
- 识别/修饰层：聚-L-赖氨酸（PLL，0.1% w/v，MW 150,000–300,000 g/mol）涂覆刻蚀光纤，提供正电荷结合负电DNA
- 识别元件：探针单链DNA（S1，26 bp，CAGCGAGGTGAAAACGACAAAAGGGG）固定于PLL层，选择性杂交目标DNA（S2）
中文摘要
本文报道一种基于折射率的光纤环腔衰减倏逝场（FLRD-EF）生物传感器。传感信号为环腔衰减时间常数，利用激光脉冲在光纤环路中多次往返，使检测灵敏度随通过次数增强。传感器头采用部分刻蚀单模光纤，通过倏逝场与外部介质相互作用实现无标记检测。作者演示了三种不同单链DNA和一种大肠杆菌在去离子水溶液中的体相折射率检测，并证明不同DNA因体相折射率差异可被区分。进一步通过聚-L-赖氨酸（PLL）和探针DNA逐步修饰传感器头，实现表面折射率型无标记目标DNA检测：探针DNA选择性结合互补目标DNA，引起环腔衰减时间变化，而非互补DNA无明显响应。该设计无需光纤布拉格光栅或长周期光栅等额外光学元件，具有结构简单、成本低、响应快、灵敏度高等优点，有望发展为低成本、近实时、高灵敏度的光纤生物传感器阵列。
英文摘要
We report a new type of refractive index-based biosensor using a fiber loop ringdown evanescent field (FLRD-EF) sensing scheme, in which the sensing signal is a time constant and detection sensitivity is enhanced by the multipass nature of the ringdown technique. Bulk index-based detections of three different single strand DNAs and one type of bacteria are demonstrated for the FLRD-EF sensors that utilize a partially-etched single mode fiber as the sensor head. Stepwise coating of the sensor head with poly-L-lysine and a probe DNA has enabled surface index-based label-free target DNA sensing. We expect an array of FLRD-EF biosensors to be created, which are superior to counterparts in terms of simplicity, low cost, and high sensitivity.