组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
荧光纳米颗粒（Tetraspeck fluorescent nanoparticles）、Alexa 647 荧光染料（Alexa 647 fluorophores）、FRET 染料对（Cy3/Cy5 FRET pair）；样品基质为水或 70% 乙二醇-水溶液（liquid-core water/70% EG-water solution）
检测原理
该平台没有固定生物识别元件，分析物或荧光标记物随液体在液体核心 ARROW 中流动。当流体经过固体核心泵浦光与液体核心正交交叉的激发体积时，荧光分子/纳米颗粒被激发，产生荧光或拉曼信号；信号耦合进入液体核心模式并沿波导传播。固体核心与液体核心的 SiO2/SiN 或 SiO2/Ta2O5 包层通过反谐振反射限制光场，同时特定厚度设计形成片上 notch 滤波器，抑制 632.8 nm 激发光散射；Ta2O5 包层及高温退火降低宽带光致发光背景。分析物浓度越高，单位时间通过激发体积的荧光粒子/分子越多，探测器接收到的光子计数率或荧光强度越高，从而实现定量检测。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
将 SiN 包层替换为 Ta2O5 后，液体核心 ARROW 背景噪声降低约 10 倍；40 s 内 Ta2O5/SiO2 芯片检测 948 个 Tetraspeck 颗粒，平均 SNR 126.7，SiN/SiO2 仅 53 个，平均 SNR 10.3。900 °C 退火使 Ta2O5 光致发光降低 11.2 倍。固体核心 notch 滤波器在 632.8 nm 处约 2 dB/mm 抑制、20 nm 线宽；液体核心 FRET 滤波器 4 mm 下 donor/acceptor 抑制 36/37 dB，9.25 dB/mm，FSR 76 nm，平均 SNR 从 15 升至 70。新型可调液体核心滤波器 4 mm 峰值抑制 18.9 dB、线宽 12 nm，约 4.7 dB/mm，较固体核心滤波器抑制提高 2.3 倍、线宽缩小 1.7 倍。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅基底（Silicon substrate），承载固体核心与液体核心 ARROW 波导。
- 固体核心波导层：PECVD SiO2 与 SiN 或 RF 溅射 Ta2O5 交替介质层（SiO2/SiN 或 SiO2/Ta2O5），传输泵浦光与荧光/拉曼信号。
- 液体核心波导层：水或 70% 乙二醇-水溶液（water/70% EG-water）低折射率核心，由 SiO2/SiN 或 SiO2/Ta2O5 包层限制，供分析物流动。
- 识别/传感区：固体核心与液体核心正交交叉的激发体积（excitation volume），无固定识别元件，分析物在此被泵浦光激发。
- 信号标记物：Tetraspeck 荧光纳米颗粒（100 nm）、Alexa 647 荧光染料或 Cy3/Cy5 FRET 染料对，产生荧光信号。
- 片上滤波层：固体核心 notch filter 或液体核心 filter ARROW（SiO2/SiN 或 SiO2/Ta2O5 特定厚度），抑制 632.8 nm 激发光散射。
- 读出器件：单光子计数雪崩光电二极管（APD），收集荧光或拉曼信号。
中文摘要
基于液体填充波导的片上生物光子诊断平台主要用于荧光和拉曼光谱检测，其核心挑战是在弱分析物信号与多种背景信号之间实现高灵敏度区分。主要背景来源包括激发光源的强窄带散射光和波导包层材料产生的弱宽带光致发光。本文综述了基于反谐振反射的固体核心与液体核心滤波结构，并将其与波导集成以衰减不需要的波段。优化生物传感器的关键标准包括：选择可最小化宽带光致发光的包层材料，优化固体与液体导波层厚度以获得所需光谱响应，以及开发能够制造可变光谱响应区域的微加工工艺。文章还报道了新结果：通过优化热生长/退火条件降低杂散荧光，并通过改变液体核心波导长度调谐液体核心滤波器的光谱判别能力，从而提高片上诊断平台的信噪比。
英文摘要
Liquid filled waveguides that form the basis for on-chip biophotonics diagnostic platforms have primarily found application in fluorescence and Raman spectroscopy experiments that require sensitive discrimination between weak analyte signals and a variety of background signals. Primary sources of background signal can include light from excitation sources (strong, narrow frequency band) and photoluminescence generated in waveguide cladding layers (weak, wide frequency band). Here we review both solid and liquid core filtering structures which are based on anti-resonant reflection that can be integrated with waveguides for attenuating undesirable optical bands. Important criteria to consider for an optimized biosensor include cladding layer materials that minimize broad-spectrum photoluminescence and optimize layer thicknesses for creating a desired spectral response in both solid and liquid guiding layers, and a microfabrication process capable of producing regions with variable spectral response. New results describing how spurious fluorescence can be minimized by optimized thermal growth conditions and how liquid-core filter discrimination can be tuned with liquid core waveguide length are presented.