组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
量子点 QD655、量子点 QD705、有机荧光染料 Cy5、DNA（鲑鱼精 DNA，salmon sperm DNA）；样品基质为去离子水溶液（pH 7）/微流控采样腔。
检测原理
该平台以激发波导向微流控采样腔提供激光激发，样品中的荧光分子或探针受激后发射荧光。对于 PI–DNA 体系，PI 嵌入 DNA 碱基对之间后，其荧光强度显著增强且发射峰发生蓝移；DNA 浓度越高，结合态 PI 越多，特定短波通道（如 570 nm 对应通道 1）的荧光响应越强。AWG 利用不同长度波导产生的相位差，将样品荧光按波长干涉分束到 8 个输出通道，各通道中心波长间隔约 10 nm。CCD 相机同步记录各通道光斑强度，按中心波长排列即可重建荧光光谱。系统不依赖化学放大，而通过光谱分辨、通道选择和成像同步采集提高多路复用与定量能力。
检测灵敏度
原文未报告明确 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数；仅说明 Cy5 最低测量浓度为 100 nM，并推测 LOD 显著低于 100 nM。
效应效果
平台尺寸 1 cm×1 cm，AWG 有 8 通道，间隔约 10 nm，半峰全宽约 10 nm。QD655 与 QD705 混合样品中，两者分别只在对应通道出现，串扰低，单通道光谱与片外常规光谱仪一致。Cy5 浓度升高时 CCD 强度按比例增加，呈线性响应，最低测量浓度 100 nM。PI–DNA 检测中，未结合 PI 最大强度在 633 nm 通道，结合 DNA 后移至 614 nm 通道，570 nm 通道相对增强最大；片上通道 1 与片外 570 nm 测量高度一致。每浓度至少 3 次重复，误差棒 ±1 SD；>5 min 积分可能受光漂白影响。作者认为其可与常规光谱仪等效，并有望用于手持式低成本生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器：FHD 二氧化硅/硅片（FHD silica-on-silicon wafer），提供可见光透明基底并承载 AWG 波导。
- AWG 波导层：掺杂 FHD 二氧化硅波导，包括输入波导、阵列波导和 8 个输出波导，用于将荧光按波长分束。
- 微流控采样层：PDMS 微流控芯片与采样腔（cuvette，2 µm 深，100×100 µm 或 50×50 µm），用于容纳或输送样品。
- 激发光路：E-WG 激发波导，以 45° 交叉采样腔提供激发光；C-WG 白光波导用于传输谱表征。
- 识别/标记元件：PI 荧光染料作为 DNA 嵌入剂，结合 DNA 后荧光增强并蓝移；QD655/QD705 和 Cy5 作为荧光探针。
- 光学读出组件：45° 反射镜、×4 物镜、CCD 相机（Andor 885 iXon）或 TRIAX 320 光谱仪，用于同步采集各通道荧光。
- 滤光组件：633 nm notch 与 650 nm 长通滤光片，或 550 nm 长通与 650 nm 短通滤光片，用于抑制激发光杂散光。
中文摘要
本文报道了一种单片集成阵列波导光栅（AWG）微光谱仪—微流控平台，可用于荧光光谱分析。该概念验证型微光谱仪尺寸仅为 1 cm×1 cm，具有 8 个中心波长不同的输出通道。作者表明，通过相机芯片检测各输出通道信号，可重建被测物的完整荧光光谱。通过对混合量子点溶液、有机荧光染料 Cy5 以及碘化丙啶（PI）—DNA 检测体系进行荧光测量，展示了 AWG 平台在同步、定量多路复用检测方面的独特优势，以及检测微小光谱位移的能力。尽管当前系统面向荧光光谱分析，但原则上也可用于拉曼光谱等其他分析。该平台采用成熟半导体工艺制造，具有开发手持式、低成本、多功能生物传感器的潜力。
英文摘要
We have demonstrated a monolithic integrated arrayed waveguide grating (AWG) microspectrometer microfluidic platform capable of fluorescence spectroscopic analysis. The microspectrometer in this proof of concept study has a small (1 cm × 1 cm) footprint and 8 output channels centred on different wavelengths. We show that the signals from the output channels detected on a camera chip can be used to recreate the complete fluorescence spectrum of an analyte. By making fluorescence measurements of (i) mixed quantum dot solutions, (ii) an organic fluorophore (Cy5) and (iii) the propidium iodide (PI)-DNA assay, we illustrate the unique advantages of the AWG platform for simultaneous, quantitative multiplex detection and its capability to detect small spectroscopic shifts. Although the current system is designed for fluorescence spectroscopic analysis, in principle, it can be implemented for other types of analysis, such as Raman spectroscopy. Fabricated using established semiconductor industry methods, this miniaturised platform holds great potential to create a handheld, low cost biosensor with versatile detection capability.