组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
折射率（refractive index, RI）；样品基质：水相生物样品、细胞-金属界面
检测原理
780 nm 线偏振激光经微加工螺旋相位板生成方位偏振（AP）光束，再经两片半波片偏振旋转器调制成径向偏振（RP）与 AP 混合光束。RP 为 TM 偏振，经 TIRF 物镜宽角度聚焦到 55 nm 金膜上，在金属-介质界面激发表面等离子体（SP），反射光相位随界面折射率发生尖锐跃变；AP 为 TE 偏振，不激发 SP，仅作为偏振参考。生物样品或生物分子相互作用引起界面局部折射率变化，改变 SP 共振条件，使 RP 相位相对 AP 产生差分相位。参考臂 PZT 驱动参考镜提供周期性线性相位，Michelson 干涉后由偏振分析器分离 RP/AP，两个同步 CCD 采集条纹，PC 相位提取得到差分相位，从而定量 RI。宽角度聚焦使不同像素对应不同入射角，累积最大相位变化，实现超宽动态范围。
检测灵敏度
灵敏度: 9.05 × 10−8 RIU/1 deg；平均灵敏度阈值: 1.12 × 10−8 RIU（假设 0.01° 相位分辨率）；动态范围: 0.41 RIU；RI 变化: 1.333–1.333001 RIU 对应相位变化 11.04 deg
效应效果
论文未报告选择性、抗干扰、稳定性、重现性（RSD）或实际样品加标回收率。与 ATR pSPR 相比，该 pSPR 系统动态范围为 0.41 RIU，超过 ATR pSPR 最佳结果七倍以上，并实现 1–1.4095 RIU 的超宽动态范围。在 0.02 RIU 范围内，系统相位响应达 16935.84 deg，平均灵敏度阈值为 1.12×10−8 RIU（假设 0.01° 相位分辨率）。在典型水相生物样品折射率 1.333 附近，55.3 nm 金膜优化后灵敏度达 9.05×10−8 RIU/1 deg，与已报道最佳结果相当。作者认为该技术可同时保持高成像分辨率、高灵敏度和超宽动态范围，适用于生物样品局部折射率差异的高分辨可视化及细胞-金属界面成像。
传感器的构成
- 基底/换能层：55 nm 金膜（Au film），形成金属-介质界面并激发表面等离子体（SP）
- 偏振生成层：微加工螺旋相位板（SPP）与方位型线偏振分析器，生成方位偏振（AP）光束
- 偏振调制层：两片半波片（HWP）组成偏振旋转器，通过轴夹角 Δθ 调节径向偏振（RP）与 AP 比例
- 光路/干涉层：Michelson 干涉仪与 TIRF 物镜（Olympus 100× NA 1.49），信号臂宽角度聚焦，参考臂由压电陶瓷（PZT）驱动参考镜提供相位参考
- 信号读出层：偏振分析器、两个同步 CCD（1280×960）与 PC 相位提取程序，输出 RP/AP 差分相位
中文摘要
本文提出并研究了一种新型相位敏感表面等离子共振（pSPR）生物传感器，该传感器基于倒置显微镜中径向偏振（RP）与方位偏振（AP）两种圆柱矢量光束之间的差分相位测量。与衰减全反射（ATR）构型中固定角度或较小角度范围激发表面等离子共振不同，由全内反射荧光（TIRF）显微物镜聚焦的信号光束包含从 0 到数值孔径对应最大入射角的完整角度范围，因此获得 0.41 RIU 的动态范围，比 ATR pSPR 传感器的最佳结果宽七倍以上。同时，利用径向与方位偏振差分相位测量技术，原则上可同时实现 9.05×10−8 RIU/1° 的高灵敏度。该方法在保持高成像分辨率和高灵敏度的同时实现超宽动态范围，为生物样品局部折射率差异的高分辨可视化提供了新途径。
英文摘要
A novel phase-sensitive surface plasmon resonance (pSPR) biosensor based on differential phase measurement between two cylindrical vector beams, namely radially polarized and azmuthally polarized beams, is proposed and studied in an inverted microscope. Different from a fixed angle or a relatively small angular range for SPR excitation in the attenuated total reflection (ATR) configuration, the signal beam focused by a total internal reflection fluorescence microscopic objective contains the entire angular range from 0 to the maximum angle given by the numerical aperture, leading to a dynamic range of 0.41 RIU which is over seven times wider than the best result of the ATR pSPR sensor. Moreover, with the technique of differential phase measurement between radial and azimuthal polarizations employed in our configuration, high sensitivity of ±9.05×10(-8) refractive index unit/1 deg can simultaneously be achieved in principle. The proposed technique maintains the unique advantages in terms of securing high imaging resolution and sensitivity with an ultra-wide dynamic range simultaneously.