组成图示
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传感器类型
其他（光子晶体光纤拉曼生物传感器）
检测对象
葡萄糖（glucose，D-glucose）；样品基质：水溶液（Milli-Q水），文中展望血清/血液
检测原理
632.8 nm激光经×50物镜耦合进入液充PCF。PCF的空气通道由毛细作用充入葡萄糖水溶液，光子带隙效应与液体共同限制光场，使激发光与样品沿光纤长度充分作用，同时拉曼散射信号也被限制并部分回传，提高激发-分析物相互作用体积和收集效率。葡萄糖分子在激光激发下产生非弹性拉曼散射，形成1065、1127和1459 cm−1等特征峰，其中1127 cm−1主峰强度随葡萄糖浓度线性增加。由于拉曼指纹具有分子特异性，可区分葡萄糖与果糖。该方法无需酶或标记物，通过PCF增强实现低功率、短积分、小体积定量检测。
检测灵敏度
线性范围: 1–25 mM（实验浓度1、5、10、15、25 mM；摘要称生理浓度范围0–25 mM）；灵敏度增强: 139倍（50 mM液充PCF信号3647 counts vs 1 M体相525 counts）
效应效果
在1、5、10、15和25 mM葡萄糖水溶液中，1127 cm−1峰可稳定观测，15 mM时五次测量信号变化为6.0%，主要源于激光功率波动、系统噪声和PCF位置微变。与体相拉曼相比，液充PCF在50 mM下信号为3647 counts，而体相1 M仅525 counts，灵敏度增强约139倍。方法在2 mW、30 s、约50 nL条件下完成检测，避免SERS基底制备复杂、均匀性差、稳定性不足和10 min孵育等问题。果糖对照显示葡萄糖与果糖拉曼谱可区分，混合谱近似为两者信号叠加，证明分子特异性。作者认为该平台适合临床葡萄糖监测，并可拓展至尿液、泪液、汗液及便携系统。
传感器的构成
- 基底/换能器：光子晶体光纤（PCF，Crystal Fiber A/S AIR-6-800），中心芯径约6 μm，包层通道边长0.75 μm、间距1.6 μm，用于导光并增强光-液相互作用
- 传感区：PCF轴向空气通道，毛细作用充入样品溶液，形成光-样品相互作用区
- 样品引入：8 cm PCF段一端浸入样品1 min，毛细填充空气通道，最大采样体积约50 nL
- 激发光源：632.8 nm激光，功率约2 mW，经×50物镜耦合入PCF
- 信号收集：Renishaw RM2000拉曼光谱仪，×50物镜背散射几何，积分时间30 s
- 读出信号：葡萄糖特征拉曼峰（1065、1127、1459 cm−1，主峰1127 cm−1）强度用于定量
中文摘要
本文报道了基于拉曼光谱和光子晶体光纤（PCF）探针开发葡萄糖生物传感器的初步工作。由于葡萄糖拉曼散射截面小，直接拉曼检测长期困难。作者利用高灵敏度液充PCF探针，首次在生理浓度范围（0–25 mM）实现葡萄糖的定量拉曼检测，激光功率仅2 mW，积分时间30 s，采样体积约50 nL。作为概念验证，研究还证明该方法在存在竞争性糖如果糖时具有分子特异性，可区分葡萄糖与果糖。PCF平台具有高灵敏度、柔性、重现性好、成本低、采样体积小和原位远程传感能力，有望用于葡萄糖检测。
英文摘要
This paper reports the first step toward the development of a glucose biosensor based on Raman spectroscopy and a photonic crystal fiber (PCF) probe. Historically, it has been very challenging to detect glucose directly by Raman spectroscopy due to its inherently small Raman scattering cross-section. In this work, we report the first quantitative glucose Raman detection in the physiological concentration range (0-25 mM) with a low laser power (2 mW), a short integration time (30 s), and an extremely small sampling volume (~50 nL) using the highly sensitive liquid-filled PCF probe. As a proof of concept, we also demonstrate the molecular specificity of this technique in the presence of a competing sugar, such as fructose. High sensitivity, flexibility, reproducibility, low cost, small sampling volume, and in situ remote sensing capability make PCF a very powerful platform for potential glucose detection based on Raman spectroscopy.